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《Physical Review Letters》发表武汉大学张兴华-谭志杰合作论文,揭示核酸与离子相互作用新机制
作者:管理员 来源:澳门新葡亰手机版 时间:2020-05-15 11:26:48 阅读量:

  

  2020年2月7日,武大生科院张兴华与物理院谭志杰合作,在Physical Review Letters(IF= 9.227)上发表了一项关于核酸与离子相互作用的研究成果,揭示了DNA容易凝聚而RNA难以凝聚的机制。论文题为“Opposite Effects of High-Valent Cations on the Elasticities of DNA and RNA Duplexes Revealed by Magnetic Tweezers”。

  DNA和RNA可以形成非常相似双螺旋结构,但是其性质又有微妙的差别,导致DNA而不是RNA在进化中被选择成为主要的遗传物质载体。DNA分子是“狭长”的高聚物分子,带有大量负电,带有负电荷的DNA链之间会产生强大的排斥力而难于被压缩。在体内,DNA可在高价阳离子蛋白的帮助下压缩。在细胞内通过核小体-染色质-染色体高级结构等被高度压缩4-5个数量级储存在细胞核中。特别是在精子细胞中,DNA会被凝聚成为致密的螺旋管(toroid)结构。虽然RNA双链与DNA双链有着非常类似的结构和性质,然而RNA双链很难在高价阳离子的帮助下压缩凝聚。

  该论文的作者通过单分子磁镊实验和分子动力学模拟发现,高价阳离子倾向结合在RNA的大沟内,使得大沟变窄而夹紧高价阳离子,从而导致RNA变硬而难以凝聚。高价阳离子倾向结合在DNA的负电磷酸骨架,中和了DNA的负电性而降低了DNA链间排斥,从而导致DNA软而容易凝聚。不同的离子结合方式,是高价阳离子对DNA和RNA产生相反影响的原因。






  

  该论文的共同第一作者为武大生科院博士生付航、张晨与武大物理院的博士生强晓伟,通讯作者为武大生科院张兴华老师与武大物理院谭志杰老师。武大单分子公众号全文链接 http://mp.weixin.qq.com/s/EcUdPE-YAOdslMev9-rcnw
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  此外,2019年1月22日,武大生科院张兴华团队在Biophysical Journal发表了关于RNA-DNA杂合双链(RDH)的研究论文,该文题为”The Mechanical Properties of RNA-DNA Hybrid Duplex Stretched by Magnetic Tweezers”,被选为Biophysical Journal 杂志的2019年最佳论文。



  正常转录中,随着转录泡前进,新生的RNA会被重新形成的DNA双链挤出。如果RNA分子不能被挤出(如遇到富含G、三碱基重复等序列),将形成由RDH双链和单链DNA构成的R-loop。R-loop会影响基因组完整性,也能调控基因的表达。RNA酶H、解旋酶等可以降低R环的对基因组稳定性的不利影响。大约59%的人类基因包含RDH形成序列,而RDH占哺乳动物基因组中的比例可达到5%。RDH的形成会引起DNA损伤和基因组不稳定,这与一些癌症的发生相关,并且40多种神经-肌肉退行性疾病的发生有关。比如,我们熟知的渐冻人症和亨廷顿舞蹈症等。




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