DNA不止有雙螺旋!三飛，搞基，克里克的棺材板壓不住了

來自專欄 「生」趣盎然

1953年4月25日，准准65年前，Nature發表了沃森和克里克對於DNA雙螺旋結構的文章，分子生物學的大門被瞬間打開。

那時生物學家天真的以為，所有遺傳問題都會迎刃而解，DNA雙螺旋結構就是金科玉律，A-T,C-G兩對夫妻相親相愛，以氫鍵相連，一環又一環，一級又一級的結構，就構建起我們生命的遺傳大廈。

走大馬路上，問一個路人DNA是什麼結構，一個大媽估計都能畫出一個類似這樣的東西。

但DNA真的只有雙螺旋么？

DNA的幾種寫法！

科學家對DNA的其他構想研究已久，我們所熟知的雙螺旋結構其實是建立在A-T,C-G配對的基礎上，我們稱之為經典B型DNA (canonical B-form DNA)，而類似的還有A/Z型右/左旋DNA, 他們都是雙螺旋型的。

三螺旋Triplex

但可愛的DNA們並沒有止步於雙飛，三飛顯然更加刺激。

質粒作為微生物中存在特殊DNA形式，其在閉環狀態下會形成超螺旋結構，其中就會存在H型DNA,在一條互補的B型雙螺旋的基礎上，第三鏈依然以互補的形式，依靠Hoogsteen型氫鍵 （Hoogsteen-type hydrogen bonds)，結合到原有雙螺旋的嘌呤上，以T?A?T 或者C?G?C+三飛的形式形成三螺旋。

但這種結構目前發現於大腸桿菌內，人體內的存在還只是推測，沒有觀測證據。

十字形Cruciform

十字形DNA廣泛存在我們體內，但它只是一種中間形態，是在DNA複製開始時形成的短暫形態,作為與轉錄因子作用的部位。著名抑癌基因p53就能結合到十字形DNA。

這種結構本質上也是由正常雙螺旋結構的解鏈形成。

滑鏈DNA(Slipped strand DNA, S-DNA)

S-DNA是在DNA複製過程中原本的對位被非正常的打亂，DNA滑動造成錯位的一種形態，其存在於一些遺傳性疾病之中。

在體內，我們曾一致認為正常穩定狀態下，人體內不會出現穩定的非雙螺旋結構的DNA,就算有異形，也是大體建立的A-T,C-G互補的基礎上的。

可自然媽媽反手就是一個嘴巴。

「你們啊，還是圖樣，圖森破「

DNA到底有幾種寫法？

2018年4月23號，悉尼科學家首次在體內驗證了DNA的i-motif結構，一種全新的四連「結」，引爆學術圈，它由四個C配對形成，它的鹼基是C-C配對，而不是C-G配對。如果說C-G是男女結合，C-C這就是搞基！

這是人類第一次在人體內對這種非雙螺旋結構進行可視化研究，這項研究發表在Nature Chemistry上。

其實科學家早就在試管里擺弄著其他奇奇怪怪的DNA結構，早在1990年，有人就在試管內合成了這種結構，但其要求強酸環境，合成條件極其苛刻，被認為在生理條件下不可能存在。

但隨著基因組測序的完成，科學家發現人體內有很多富G或者富C的序列有機會形成這種四連「結」的結構，通過基因編輯以及各種分子生物學的方法，人們推測這種結構在人體內是存在的，而且有著不小的作用。而在2002年，Nature有團隊報道用DNA提取物觀測到了其晶體結構。但與雙螺旋結構實打實在觀測結果不同，沒有任何人的細胞內看到過這種結構，一切都是分子生物學的推測或者分離提純後的晶體操作。

而這次E.Dinger和Christ利用全新的技術，第一次在活體細胞內，檢測到了這種不一樣的DNA構型。

該課題組設計了一種稱為iMab的全新抗體，在不同細胞內發現了i-Motif, 並初步研究了其對細胞生長的調控作用。

至此，這一特殊結構在活體細胞的存在，才終於塵埃落定。

（有杠精指出，可能是抗體的存在導致這種結構的形成，的確存在這種可能性。）

在雙螺旋結構被發現的65年後，基因的奧秘更加撲朔迷離。

分子生物學的真正大門，也許才剛剛打開。

References:

Brázda V, Laister RC, Jagelská EB, Arrowsmith C. Cruciform structures are a common DNA feature important for regulating biological processes. BMC Molecular Biology. 2011;12:33. doi:10.1186/1471-2199-12-33.

Jain A, Wang G, Vasquez KM. DNA Triple Helices: biological consequences and therapeutic potential. Biochimie. 2008;90(8):1117-1130. doi:10.1016/j.biochi.2008.02.011.

Parkinson,G. N., Lee, M. P. H., & Neidle, S. (2002). Crystal structure of parallel

Zeraati, M., Langley, D. B., Schofield, P., Moye, A.L., Rouet, R., Hughes, W. E., . . . Christ, D. (2018). I-motif DNA structures are formed in the nuclei of human cells. NatureChemistry. doi:10.1038/s41557-018-0046-3