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在生物大分子體系中，電荷作用、氫鍵、疏水作用、π–π與陽離子—π等非共價相互作用，決定蛋白與核酸如何識別、組裝并形成生物分子凝聚體。對染色質相關凝聚體而言，這些“相互作用網(wǎng)絡”之外，還存在一個關鍵自由度——DNA在轉錄與拓撲異構酶調控下不斷積累/釋放扭轉載荷，形成DNA超螺旋。超螺旋不僅可能改變蛋白—DNA的結合幾何與多價橋聯(lián)方式，更可能直接重塑凝聚體的內(nèi)部結構與尺寸演化路徑。近期，中國科學院福建物質結構研究所團隊提出并解析了清晰的拓撲調控圖像：將DNA“扭轉柔性”顯式引入粗粒化DNA—蛋白橋聯(lián)誘導相分離模型后，超螺旋會穩(wěn)定一種特殊的“DNA束身衣”凝聚體架構，從而實現(xiàn)凝聚體尺寸的可逆壓縮；同時，長鏈DNA體系會出現(xiàn)明顯滯后與“拓撲記憶”。在模型中，蛋白具有兩個DNA結合位點，可處于自由、單端結合與雙端橋聯(lián)三種狀態(tài)。多價的蛋白—DNA非共價吸引使遠距離鏈段被“橋”到一起，驅動凝聚體生成。科研人員設置三階段過程進行研究。結果顯示，施加超螺旋觸發(fā)典型的twist-to-writhe轉換，在DNA上生成多個疊繞結構。這些疊繞結構并不會徑向“戳出”并撐大凝聚體邊界，而是傾向貼附在凝聚體表面附近，沿表面?zhèn)认蜓诱共訅菏桨１砻鎲味私Y合態(tài)蛋白會與疊繞結構交聯(lián)，將其限制在靠近表面的窄殼層內(nèi)，像“松緊束帶”一樣把邊界勒緊，從而形成“致密DNA—蛋白核心+表面疊繞結構殼層”的“DNA束身衣”結構。該工作發(fā)現(xiàn)了將“相互作用網(wǎng)絡”與“可扭轉聚合物力學”耦合的尺寸調控機制：DNA超螺旋可作為拓撲開關，通過twist–writhe耦合與表面層壓殼層結構，在較寬范圍內(nèi)調控凝聚體尺寸，并賦予閾值響應與記憶特性。需要注意的是，這一模型聚焦裸DNA，未顯式納入核小體與高階染色質層級，因此適用情景更接近原核染色體、質粒或體外拓撲受限DNA；將核小體與染色質層級納入模型，是評估真核體系定量相關性的關鍵方向。從生物學角度看，束身衣殼層可能像彈性護套一樣分散外力、緩沖扭轉載荷，并在表面保留一定可接近位點，形成“可滲透的調控界面”；從工程化角度看，疊加調控超螺旋與多價非共價結合強度，有望實現(xiàn)帶閾值與記憶的可編程凝聚體。相關研究成果發(fā)表在JACS Au上。研究工作得到國家自然科學基金、中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項等的支持。論文鏈接DNA—蛋白凝聚體在超螺旋作用下形成“DNA束身衣”的機制示意圖