DNA可以折叠成复杂的形状以执行新功能

根据WeillCornellMedicine和美国国立卫生研究院下属的国家心肺血液研究所的研究人员的一项研究，DNA可以通过折叠成精细的三维结构来模仿蛋白质功能。

在6月21日发表在《自然》杂志上的这项研究中，研究人员使用高分辨率成像技术揭示了他们创造的一种DNA分子的新颖复杂结构，该分子模仿了一种叫做绿色荧光蛋白的蛋白质的活性(GFP)的蛋白质的活性。源自水母的GFP已成为一种重要的实验室工具，在细胞中起着荧光标签或信标的作用。

这些发现推进了DNA如何折叠成复杂形状的科学，并将帮助研究人员构建用于各种实验室和临床应用的此类DNA分子。例如，模仿GFP的全DNA荧光标签通常是在生物学研究和诊断测试套件中标记目标DNA片段的理想选择，而且制造成本相对较低。

“这些发现确实改变了我们对我们可以用DNA做什么的理解，”该研究的合著者、格林伯格-斯塔尔药理学教授、威尔康奈尔医学院桑德拉和爱德华迈耶癌症中心的成员萨米·贾弗里博士说。

自然界中的DNA大多以双链、“螺旋梯”或“螺旋”形式存在，作为遗传信息的相对稳定的储存库。细胞中所有其他复杂的生物过程都是由其他类型的分子完成的，尤其是蛋白质。

去年，Jaffrey博士及其同事在ACSChemicalBiology上报告发现了这样一种分子：一种单链DNA，其折叠方式可以模拟GFP的活性。这种DNA分子，Jaffrey博士因其荧光发射的颜色而被称为“生菜”，它通过与另一个小有机分子结合起作用，这是一种类似于GFP核心的潜在荧光“荧光团”，并将其挤压成激活其荧光能力的方式。研究人员展示了生菜-荧光团组合作为荧光标记，可快速检测SARS-CoV-2，这是COVID-19的病因。

Jaffrey博士和他的团队通过制造许多单链DNA并筛选具有所需荧光团激活能力的那些来发现生菜。但他们不知道生菜是用什么结构获得这种能力的。为了确定这种结构，他们在新研究中求助于他们的长期合作者、NHLBI高级研究员AdrianR.Ferré-D'Amaré博士。

在Ferré-D'Amaré博士团队的研究员LuizPassalacqua博士领导的研究中，使用了先进的结构成像技术，包括冷冻电子显微镜，以原子级分辨率解析生菜的结构。他们发现它折叠成一个形状，在其中心有一个四路DNA连接，这是一种以前从未见过的类型，以激活它的方式包围荧光团。他们还观察到生菜的折叠是通过核碱基之间的键结合在一起的——核碱基是DNA的组成部分，通常被称为四字母DNA字母表中的“字母”。

Ferré-D'Amaré博士说：“我们发现的并不是DNA试图像蛋白质一样;它是一种DNA正在做GFP所做的事情，但是以它自己的特殊方式。”

研究人员说，这些发现应该会加速荧光DNA分子的开发，例如用于快速诊断测试的生菜，以及许多其他需要基于DNA的荧光标签的科学应用。

“像这样的研究对于创建新的基于DNA的工具至关重要，”贾弗里博士说。