研究为扩大DNA研究打开了大门

德克萨斯A&M大学生物医学工程系副教授Wonmuk Hwang博士正在研究DNA的力学，即人体的蓝图。Hwang和他的前博士生Xiaojing Teng博士提出了一个问题：如果遗传信息在所有细胞中是相同的，那么为什么肌肉细胞的外观和行为与皮肤细胞不同?

“为了选择性地打开和关闭不同的基因以确定细胞类型，你需要修改这种基因表达，其中一种方法就是化学修饰DNA，”Hwang说。

身体实现这一目标的主要方式是通过甲基化，其中甲基基团粘附在DNA中的特定位置，使得该组阻止该区域中的遗传信息被细胞读取。此外，甲基化影响DNA的局部灵活性，进而控制DNA如何被包装到染色体中。虽然这些过程众所周知，甲基化如何影响DNA的机械性能仍然未知。

通过使用德克萨斯A&M高性能研究计算设施的超级计算机以及德克萨斯大学奥斯汀分校的德克萨斯高级计算中心的广泛模拟，Hwang能够确定甲基周围的DNA区域如何相互碰撞和改变机械行为。

随着这一发现，Hwang说他们发现了另一个意外的洞察力。

“这些甲基不仅撞击DNA中的邻近原子，而且水分子在这些甲基周围重新排列，”Hwang说。“即使在没有原子与甲基直接碰撞的情况下，重排的水分子实际上也能抵抗变形，就像周围的水分子是DNA本身的一部分一样。”

有多种应用可以理解甲基化等过程是如何起作用的。Hwang给出的一个例子是开发更多关于癌细胞如何发挥作用的知识。

他说：“癌细胞经常甲基化它们的DNA，以关闭控制细胞分裂的基因，促进不受控制的生长。”

另一个是药物与DNA的相互作用以及药物设计应如何考虑这些水分子。

“这项研究不会立即导致新药，但它为更合理的药物设计提供了更多的一步，”黄说。“人们几十年来一直在研究癌症，我并不认为我可以立即解决问题。但所有这些努力都在朝着正确的方向逐步推进。”

Hwang说，他的团队开发的方法打开了分析其他类型DNA或RNA修饰的大门，以及它们的行为如何根据引入的药物而变化。

这篇文章刊登在4月24日出版的“生物物理学报”的封面上。