中国科学家破解DNA包装过程30nm关键结构

61年前，同样是在4月25日，剑桥大学卡文迪许实验室的沃森和克里克在英国《自然》（Nature）杂志上发表了一篇划时代的论文，向世界宣告他们发现了DNA的双螺旋结构，揭开了遗传信息如何传递这个“生命之谜”。这个发现使生命科学的研究深入到分子层次，开启了现代分子生物学时代，成为20世纪最伟大的科学发现之一。

虽然DNA是遗传信息的载体，但DNA在生命体内并不是独立存在的，任何遗传信息的传递和调控等生命活动都是在DNA与其所缠绕的蛋白质形成的染色质这个“生命信息载体”上进行的。

在现代生物学的教科书里，DNA包装成染色体这个过程分4步完成：

（1）DNA双螺旋“绳子”缠绕在组蛋白上形成核小体；

（2）核小体密集堆积形成直径为30nm左右的管状螺旋体，即30nm染色质纤维；

（3）螺线管再进一步螺旋化成为直径为0.4微米的超螺旋体；

（4）最后，超螺旋体进一步折叠盘绕成可以在光学显微镜下看到的染色体。

通过以上4步，DNA的长度被凝缩至原来的8400分之一左右。

作为承上启下的包装结构，30nm的染色质不仅与染色体组装相关，更能通过自己灵活的身段影响基因的沉默和激活——细胞可以通过修饰组蛋白，像“批注”一样告诉其他“工人”怎样使用这本“说明书”。有了基因的区别化发挥功能，才有同一个个体中不同组织细胞的分化。了解常染色质，即30nm染色质，的分子特性，对细胞增殖、发育、分化等重要基础生命科学问题十分重要，更别提生物医药研究了。然而，由于技术上的限制，科学家们一直缺少它的高清三维结构。这样一来，染色质在装配过程中的高级结构与调控机制不够清晰，一些分子机制研究和靶向药物研究也因此受到阻力。

在现代生物学的教科书里，关于染色质二级结构的一种广泛推测是：6个核小体组成一圈形成中空结构的螺旋体，即30nm染色质纤维。这种推测的螺线管模型被中科院的最新研究结果所推翻。

中国科学院生物物理研究所朱平研究组、李国红研究组、许瑞明研究组合作首次解析了30nm的高分辨率三维结构并提出了一种全新的染色质纤维结构模型，该模型揭示30nm染色质纤维是以4个核小体为结构单元，各单元之间通过相互扭转形成一个左手双螺旋高级结构，该研究也首次明确了连接组蛋白H1在30nm染色质纤维形成过程中的重要作用。

该研究团队称，这个结果将染色质的高级结构组装、表观遗传调控机制的研究往前推了一大步，并为预测体内染色质结构建立的分子基础以及各种表观遗传调控因素的可能机理提供了可靠的结构基础。

论文的审稿人评论称，30nm染色质结构是“迄今解析的最有挑战性的结构之一”。这项成果有助于科学家更好地理解染色质的装配过程，为今后的表观遗传和生物医药的研究铺平了道路。中国科研人员的不懈努力，为世界生命科学研究的发展做出了杰出贡献。

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