長年にわたり、DNAはストレス下で絡まり、結び目や混沌とした形状を形成すると考えられてきました。しかし、ケンブリッジ大学の研究チームによる最新の研究は、この見解に異議を唱え、DNAがプレクトネマと呼ばれる秩序だった、ばねのような構造にコイル状になることを明らかにしました。この発見は、遺伝物質の力学に関する長年の仮定を再定義するものです。
この画期的な成果は、単一のDNA鎖を通過させるために設計された微細な開口部であるナノポアを用いた実験によって達成されました。研究者たちは、DNAをアルカリ性の食塩水溶液に入れ、電圧と流体流を加えてナノポアを通過させました。これらの力によりDNAが回転し、分子をねじるのに十分なトルクが発生しました。以前の実験では、ナノポア通過時に観測された不規則な電流信号は、鎖の結び目形成と解釈されていましたが、詳細な分析により、これらは絡まりではなくプレクトネマであることが判明しました。プレクトネマとは、DNAが自身の周りにきつく、秩序だったらせん状に巻き付いた構造です。
この発見は、ストレス下でのDNAのダイナミクスを理解する上で重要な意味を持ちます。DNAのねじれが遺伝子発現に影響を与える可能性が示唆されています。ケンブリッジ大学キャベンディッシュ研究所のフェイ・ジェン博士は、「私たちの実験では、DNAがナノポアを引っ張られる際に、イオンの流れが鎖をねじり、結び目よりもプレクトネマと呼ばれる構造に巻き込むのに十分なトルクを蓄積することが示されました。この『隠された』ねじれ構造は、結び目のより一時的な署名とは異なり、電流信号に独特で長持ちする指紋を持っています」と述べています。
さらに、DNA鎖に意図的に切れ目を入れる実験は、プレクトネマ形成におけるねじり応力の役割を浮き彫りにしました。これらの切れ目はDNAがより自由に回転できるようにし、蓄積された張力を解放することで、プレクトネマの発生を減少させました。これは、プレクトネマ形成の主な要因がねじり応力であることを確認するものです。この研究は、物理学の分野で発表され、DNAの構造と挙動に関する理解を深めるものです。この発見は、分子遺伝学やバイオテクノロジーなどの分野に影響を与え、遺伝子制御やゲノムの安定性に関する新たな洞察を提供する可能性があります。