人类细胞包含的2米长DNA在不断地缠绕和解开，以获取遗传信息。当基因表达生成蛋白质时，DNA的两条链被分开，满足必需机制时，也会导致盘绕过度。 近日，研究人员发现，DNA结构本身的这种特征性超螺旋控制着基因的表达。相关论文近日刊登于《细胞—报告》。
该研究负责人、西班牙国立癌症研究中心教授Felipe Cortés认为，通过上述结果，我们可以将超螺旋理解为基因组的重要调节器，而不仅仅是与DNA代谢相关的问题。
研究人员表示，调节基本上发生在特定的基因上，可以在几分钟内数百次地被快速诱导，例如响应压力、细胞增殖信号、激素或参与神经元刺激的基因。TOP2A正是即时反应基因表达的调节器。
拓扑异构酶通过消除双螺旋相对于其正常松弛结构的匝数过量（正超螺旋）和缺陷（负超螺旋）缓解拓扑压力，从而作用于DNA蛋白质。研究人员证明，TOP2A拓扑异构酶消除了基因启动子中的负超螺旋，导致这些区域中DNA链的匝数增加。这使得双螺旋很难打开，从而阻止了RNA聚合酶的发展，并使其准备好在细胞需要时迅速触发基因激活。
研究人员还提出了DNA超螺旋其他功能的可能性，例如促进基因组的三维构象，从而有利于基因表达调节元素之间的相互作用。而且，研究突显了DNA超螺旋参与细胞功能的基本过程的可能性，并且需要基因表达程序的深刻变化，例如细胞分化或重编程、肿瘤转化和进展。
研究人员表示，这项工作为使用拓扑异构酶抑制剂调节上述过程和细胞反应打开了窗口，甚至也有可能为抗肿瘤治疗开辟了新道路。
相关论文信息：http://dx.doi.org//10.1016/j.celrep.2021.108977?
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