DNA和RNA是核酸的两种主要类型，也是生命的组成部分，很容易受到环境刺激，导致它们变形、弯曲或扭曲。这些变形可以显着影响基因调控和蛋白质功能，但使用传统技术极难测量。

最近，由香港城市大学(城大)物理学家领导的研究小组准确测量了盐、温度变化和拉伸力引起的核酸变化。他们的研究结果发表在《美国国家科学院院刊》上，有助于揭示DNA和RNA潜在的普遍变形机制。

虽然DNA和RNA变形具有重要的生物学意义，但由于精确测量核酸变形的挑战以及核酸相互作用的复杂性，我们对它们的理解有限。为了克服这两个困难，由香港城市大学和武汉大学的科学家组成的研究小组采用实验、模拟和理论相结合的方式来研究DNA和RNA变形的普遍性。

这项研究的成功在于一种精确的测量工具，称为磁力镊子(MT)。这是生物物理学和分子生物学中用于研究DNA、RNA和蛋白质等生物分子的机械特性的强大实验技术。在磁镊实验中，将一个微小的磁珠附着在感兴趣的分子上，并施加磁场来操纵磁珠的位置。

通过测量珠子的运动，研究人员可以研究分子的机械特性，例如其弹性、刚度和对外力的响应。这可用于测量环境刺激引起的微小DNA和RNA扭曲变化。即使是很小的扭曲变化也会沿着长DNA或RNA分子累积，并导致DNA或RNA末端发生大幅旋转。

在实验中，研究小组使用磁力镊子精确测量盐、温度变化和拉伸引起的DNA和RNA扭曲变化。

通过实验，研究小组量化了DNA扭曲直径耦合常数和RNA扭曲凹槽耦合常数，并应用耦合常数来解释DNA和RNA的变形。通过将这些发现与模拟、理论和其他先前的研究成果相结合，研究小组发现盐、温度变化和拉伸力引起的DNA和RNA变形机制是由两种常见途径驱动的：DNA的扭转直径耦合和扭转凹槽RNA偶联。

对于DNA来说，环境刺激通常首先改变DNA的直径，然后通过DNA扭曲和直径之间的强耦合引起扭曲变化。但对于RNA来说，降低盐浓度或升高温度会使RNA“解旋”，因为这会扩大RNA主沟宽度并导致扭曲减少。因此，这称为扭槽联轴器。

通过分析其他蛋白质结合研究的数据，研究小组发现，当蛋白质结合引起变形时，DNA和RNA遵循相同的共同途径，这表明这两条途径被用来降低DNA和RNA变形的能量成本，以促进蛋白质的形成。捆绑。

他们的发现表明，核酸变形的物理原理是普遍的，可以应用于不同类型的核酸和环境刺激。

“最新的发现可以用于更好地了解细胞中的DNA包装以及相关的变形能量成本。这些结果还提供了关于蛋白质如何识别DNA和RNA并诱导变形的见解，这是基因表达和调控的关键步骤，”城大物理系副教授戴亮教授是这项研究的共同领导者。

该研究的第一作者是城大的田福嘉以及武汉大学的张晨和周二迟。通讯作者为城大戴教授和武汉大学张兴华教授。

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