DNA 不只雙股螺旋？超螺旋 DNA 轉錄維持穩定染色體結構

基因轉錄是生成生物體所需蛋白質的關鍵過程，DNA 轉錄不僅受到酵素的化學作用催化，DNA 構造的物理特性也會影響轉錄進行。一旦 DNA 結構不穩定可能造成轉錄異常，甚至染色體異位的疾病後果。

當 DNA 要轉錄成 RNA 時，RNA 聚合酶（RNA polymerase, RNAP）會結合至單股 DNA 模板以合成 mRNA。過去研究認為 RNAP 數量越多，DNA 轉錄速度越快。

近期美國伊利諾大學香檳分校（University of Illinois Urbana-Champaign, UIUC）物理學團隊研究，提出 DNA 轉錄程度不僅受到 RNAP 影響，另外轉錄因子（transcription factor）也會參與雙股 DNA 結構鬆綁的過程，這些關鍵蛋白對於維持染色體結構，避免染色體異常造成遺傳性疾病扮演重要角色。

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調控 DNA 轉錄 2 關鍵酵素：RNA 聚合酶、轉錄因子

由於 DNA 是雙股螺旋構造，因此其執行轉錄作用的速度便受到結構鬆綁程度影響。這項研究透過物理模型模擬，指出雙股螺旋 DNA 會進一步行成超螺旋結構，而影響 DNA 轉錄速度的 2 個關鍵蛋白，分別為 RNAP，以及基因轉錄因子。

過去研究認為 RNAP 數目越多，DNA 轉錄速度也會越快。此模型則進一步指出，隨著 RNAP 數目增加，單一 RNAP 要執行轉錄作用的難度會增加，因為 RNAP 會召集 mRNA 單元與 DNA 模板結合，當整體質量增加會使得 DNA 的扭力變大。「如同同時要扭轉多條橡皮筋的扭力，比扭轉單條來的大」研究團隊 Purba Chatterjee 博士解釋道。

其次，轉錄因子也調節雙股螺旋的結構特性。轉錄因子不僅會調控 RNAP 數量使 DNA 模板不至於過載，此外，當轉錄因子與 DNA 模板結合，會扮演像擰毛巾兩端的結，維持 DNA 的超螺旋結構；解除結合則會鬆綁，使 RNAP 在模板上得以繼續向前移動。