【科學新聞翻譯+專有名詞介紹】不只單有雙股螺旋：科學里程突破

科學家確認了新DNA結構存於人類細胞內部！

本文翻譯自ScientAlert於2018/4/23的研究快訊，因為時差，實際台灣看到推送時已經是4/24。內文考量流暢度與閱讀方便，本文更動了中間約30%的內容介紹順序，結合了來源內容的論文引用並修整了多數採訪中口語重複意義的對話。譯文中，括號內部文字與米字連結內容為譯者註解、配合註釋，有額外擷取對應圖片。

原文連結：https://bit.ly/2HHdewa

首次，科學家發現了活體細胞中前所未見的DNA結構存在。

此一活體細胞內的發現─被稱呼為「扭結」的DNA─證實了我們複雜的遺傳密碼不僅是以與人人關聯的DNA雙股螺旋為主結構，而存在更錯綜的對稱性。這些分子的變體形式則更進一步與我們的生物學功能相互影響、息息相關。

「大多數人對DNA的想像，多數是雙股螺旋結構為主。(特別是台灣生物課本教育下更是如此)」澳大利亞Garvan醫療研究所、抗體治療研究員且參加研究與發表的Daniel Christ說。「這項新研究提醒我們存在著完全不同的DNA結構，而且可能對細胞(內部化學機制)相當重要。」

這項被研究團隊確認的新DNA組成被稱為嵌入基序結構(尚未有中文正式翻譯，後文尊重縮寫為i-motif)。聯合主導此一計畫的基因組學家Marcel Dinger表示：此結構中，別於華生─克里克在結晶繞射中證實的傳統C (胞嘧啶)與G (鳥嘌呤)雙鍊(又稱B-DNA，右旋)組成，富含C的DNA鍊以同鍊的C彼此交叉鍵結，形成令人驚艷、四鍊DNA扭結的二級結構*。

本圖顯示出DNA中，由八個核苷酸產生的四個核鹼基對化學結構：腺嘌呤（A）與胸腺嘧啶（T）連接，鳥嘌呤（G）與胞嘧啶（C）連接。該結構還顯示了由二磷酸去氧核糖組成的主鍊方向性 ，沿左側的5'(第五個碳原子)到3'(第三個碳原子，判定方式是由環內右側計算到左)鍊和右側的鏈相扭轉，形成B-DNA常見的雙螺旋結構。圖片出自維基百科。

i-motif最初在上世紀90年代被研究員於體外維持特定pH值中發現，直至今日，此結構才正式在Christ的團隊實驗中於活體內受到觀察─這對傳統的細胞生物學概念提出了質疑。

i-motif的示意構造。圖片出自原網站。

同時，作為本論文的第一作者，Mahdi Zeraati認為，既然i-motif可以自然的存在於活體中，那麼許多不採用雙股螺旋形式的DNA結構，如A-DNA (右旋)、Z-DNA(左旋)、三鍊DNA (B-DNA+一鍊，以氫鍵結合)與十字形DNA (需要由六個以上的核甘酸反向重複序列進行排組，形狀是十字，在DNA雙鍊修復、轉錄、轉位和重組中發揮作用。不過其不穩定，在特定的癌症中扮演了一定的關聯)都有可能實際存在。

由左至右：A-DNA、B-DNA與Z-DNA的結構。A-DNA比常見的B-DNA擁有一個扭結更多的鹼基對數量。Z-DNA則為左旋DNA。圖片出自維基百科。

DNA結構。上端圖片：雙鏈，三鏈，G-三鍊和G-四鏈體(後面出現的G4)結構的示意圖。 下端圖片解釋期DNA中鹼基配對的範例；其中三鏈體中出現的+符號表式第三鏈的配對形式，此多位於雙螺旋的紐結溝狀中糾纏。剩下二者為G-三鏈體的G三聯體與G四-鏈體的G四聯體。圖片出自論文"The G‐Triplex DNA"。

而在本次的研究中扮演了關鍵技術的，則是出自於2013年由其他研究員觀察另一DNA結構、G-Quadruplex (G-四練體，縮寫為G4) DNA的可視化方法─特異性識別結合工程螢光抗體。Zeraati與其團隊研究員使用了相同的技術，開發了名為i-Mab的i-motif抗體片段；使用後，存在i-motif的細胞將出現免疫螢光的相關光點。

「最讓我們興奮的是，我們觀察到綠色的斑點─i-motif的標記點─隨時間的推移明滅，這代表其正在形成、消失又再次生成。」Zeraati如是說。雖然還有許多關於該結構的如何運作的部分有待繼續研究闡明，但目前的研究結果指出，i-motif通常在細胞生命週期的G1期(成長期)晚期、當DNA被積極讀取時出現。

另一方面，i-motif也傾向出現在被稱為啟動子區域─控制基因是否開啟或關閉的段落中，或者是端粒中和衰老相關的遺傳標記裡。「我們認為i-motif的來往是它們所執行的任務線索。」

插畫家想像的i-Mab與I-motif (綠色)結合示意圖。圖片出自原始網站。

Zeraati表示：「它們可能在那些(i-Mab偵測明滅的)地方扮演幫助開啟或關閉基因、影響基因是否被主動讀取的角色。」

既然觀察的結果明確的指出細胞存在著這樣嶄新的DNA結構形式，研究人員應當重新拾起對此的關注，弄清楚這些結構在人體內正在做些什麼。同時，這也打開了前述超螺旋結構(泛指非B-DNA結構)的研究必要性。對ScienceAlert的採訪者，Zeraati是這樣解釋的：「這些替代DNA結構可能對細胞內蛋白質的同源DNA序列識別有著重要的關聯，同時發揮調節功能。」

「因此，這些結構的正確形成對細胞正常功能至關重要，解明結構意涵，便能知曉相關畸變產生的病理後果。」

本研究成果在Science Chemistry上發表。

*備註：DNA的一級結構是單鍊；二級結構是「只要滿足」鍊成雙，有兩條合併或單條自折疊二種；三級是兩條合併後再形成立體結構；四級結構則包含染色體與RNA互動。