Nature子刊報道：在納米尺度觀察DNA的合成

　　美國癌癥協會數據顯示，2017年美國預計新增1688780例癌癥新病例，600920人將死于癌癥。

　　這些數字是如此的觸目驚心，引人唏噓不已。更糟糕的是，直到現在，人類仍然不知道為什么會得癌癥，應該如何阻止癌癥的蔓延。

　　美國肯特州立大學和日本京都大學的研究人員最近發表在自然雜志子刊《自然 納米技術》上的一篇文章，可能會為我們提供一個新的線索理解“什么樣的細胞會變成壞細胞 ”。毛涵斌（音譯）博士（肯特州立大學化學與生物化學教授）的實驗室與京都大學合作，共同討論了癌細胞形成的遺傳因素。

　　毛教授說，傳統意義上我通常說DNA有兩條雙螺旋結構，能夠編碼組成生命物質的蛋白質。近年來，一些研究學者發現某些DNA折疊會形成4股鏈，我們稱其為G-四聯體（由富含鳥嘌呤的核酸序列所構成的四股型態），它們與抑制癌細胞有關。大多數的G-四聯體都是有益的，但是有一些慢慢變壞了，這些突變情況實際上會促進癌細胞生長。

　　為了理解為什么細胞會發生這種情況，科學家們首先要了解為什么DNA有時會變成四股結構。

　　大多數DNA只需要兩條“裝配”流水線，因為這是最簡單的途徑。然而，當遇到了選擇，雙螺旋還是四螺旋？DNA究竟是從哪獲得的裝配決定呢？

　　酶，負責所有DNA的合成。將視線拉到納米尺寸，我們會發現引導DNA形式的關鍵就在這些酶內。過去，我們無法在實驗室環境模擬納米級酶的工作方式，禁止了我們對G-四聯體的研究。然而，現在我們已經具備了技術條件。

　　在日本京都大學的化學家和工程師的幫助下，利用“DNA折紙術”和毛教授2014年研發的單分子機械化學傳感技術，毛教授和他的研究生Shrestha 和Jonchhe創造了一個“納米籠”。再加上他們在過去幾年所研發的“激光鑷子”，使得納米尺寸的生物材料的研究成為可能。

　　自Paul Rothemund在Nature雜志上的一篇論文中首次介紹“DNA折紙術”（DNA origami）以后的6年時間里，該方法被用于大量納米結構的材料和器件的自組裝。Tim Liedl及其同事曾報告了他們用這種方法來以高產率生成細胞質基因結構的研究工作，這些細胞質基因結構含有在納米尺度的螺旋體中以納米精度排列的納米顆粒。這些組合體的光學反應可以合理地予以調整，以產生所需的手性、顏色和強度，從而突顯了“DNA折紙術”作為一種工具在引導納米顆粒自組裝成具有所希望電性能或磁性能方面所具有的價值。

　　在這個6×6納米見方的籠子里，DNA會自然折疊為G-四聯體，使得科學家們得以觀察。

　　毛教授說，DNA的折疊適應于微小環境，所以在這個納米籠內DNA的折疊才會相對容易。DNA的籠內折疊過程比籠外快了2-3個數量級。

　　科學家們可以使用配體結合分子來促進這種效應，從而減少癌細胞的形成。通過這個體外模型，我們可以更好的研究與G-四聯體穩定相關的癌癥的預防和治療。而且還可以更加直觀地了解聚合酶的工作機理。