2020年2月7日，武大生科院张兴华与物理院谭志杰合作，在Physical Review Letters（IF= 9.227）上发表了一项关于核酸与离子相互作用的研究成果，揭示了DNA容易凝聚而RNA难以凝聚的机制。论文题为“Opposite Effects of High-Valent Cations on the Elasticities of DNA and RNA Duplexes Revealed by Magnetic Tweezers”。

　　DNA和RNA可以形成非常相似双螺旋结构，但是其性质又有微妙的差别，导致DNA而不是RNA在进化中被选择成为主要的遗传物质载体。DNA分子是“狭长”的高聚物分子，带有大量负电，带有负电荷的DNA链之间会产生强大的排斥力而难于被压缩。在体内，DNA可在高价阳离子蛋白的帮助下压缩。在细胞内通过核小体-染色质-染色体高级结构等被高度压缩4-5个数量级储存在细胞核中。特别是在精子细胞中，DNA会被凝聚成为致密的螺旋管（toroid）结构。虽然RNA双链与DNA双链有着非常类似的结构和性质，然而RNA双链很难在高价阳离子的帮助下压缩凝聚。

　　该论文的作者通过单分子磁镊实验和分子动力学模拟发现，高价阳离子倾向结合在RNA的大沟内，使得大沟变窄而夹紧高价阳离子，从而导致RNA变硬而难以凝聚。高价阳离子倾向结合在DNA的负电磷酸骨架，中和了DNA的负电性而降低了DNA链间排斥，从而导致DNA软而容易凝聚。不同的离子结合方式，是高价阳离子对DNA和RNA产生相反影响的原因。

　　该论文的共同第一作者为武大生科院博士生付航、张晨与武大物理院的博士生强晓伟，通讯作者为武大生科院张兴华老师与武大物理院谭志杰老师。武大单分子公众号全文链接 https://mp.weixin.qq.com/s/EcUdPE-YAOdslMev9-rcnw。
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　　此外，2019年1月22日，武大生科院张兴华团队在Biophysical Journal发表了关于RNA-DNA杂合双链（RDH）的研究论文，该文题为”The Mechanical Properties of RNA-DNA Hybrid Duplex Stretched by Magnetic Tweezers”，被选为Biophysical Journal 杂志的2019年最佳论文。

　　正常转录中，随着转录泡前进，新生的RNA会被重新形成的DNA双链挤出。如果RNA分子不能被挤出（如遇到富含G、三碱基重复等序列），将形成由RDH双链和单链DNA构成的R-loop。R-loop会影响基因组完整性，也能调控基因的表达。RNA酶H、解旋酶等可以降低R环的对基因组稳定性的不利影响。大约59%的人类基因包含RDH形成序列，而RDH占哺乳动物基因组中的比例可达到5%。RDH的形成会引起DNA损伤和基因组不稳定，这与一些癌症的发生相关，并且40多种神经-肌肉退行性疾病的发生有关。比如，我们熟知的渐冻人症和亨廷顿舞蹈症等。