研究人员研究了凝缩蛋白（condensin），这是一种对染色体形成过程至关重要的蛋白质复合物。虽然这个复合体在30多年前就被发现了，但它的作用模式在很大程度上仍未被探索。2018年，EMBL海德堡 和Julius-Maximilians-Universität Würzburg的研究人员和他们的合作者表明，凝缩分子创造了DNA环，这可能解释了染色体是如何形成的。然而，蛋白质复合物实现这一壮举的内部工作机制仍然未知。

“我们已经研究这个问题很长时间了。但只有现在，通过结合不同的实验方法，我们找到了这个长期存在的问题的答案，”海德堡EMBL的前组长，现在是Julius-Maximilians-Universität Würzburg教授的Christian Häring说。

通过精心设计的实验，其中一些涉及到在形成DNA环的过程中观察和操纵单个凝缩分子，研究人员发现了复合物的不同部分是如何共同充当分子机器的:一部分像锚一样固定DNA，而另一部分则像马达一样推动DNA前进，从而形成一个大的环。

和其他马达蛋白一样，凝缩蛋白（condensin）沿着DNA“步行”，在此过程中以ATp的形式燃烧细胞能量。然而，这些步骤要比其他DNA马达蛋白质的步骤长500多倍，尽管消耗的能量大致相同。该研究的第一作者Indra Shaltiel说:“这就像拥有电动自行车能效的一级方程式赛车。”

“冷冻电子显微镜技术的进步使我们能够以前所未有的细节来可视化这种复杂的机制，”海德堡电子显微镜的小组领导人和发表在《Science》杂志上的该研究的资深作者Sebastian Eustermann说。“我们可以捕获行动中的凝缩蛋白，并衍生出ATp如何激发其运动活动的分子编排——这是理解DNA环形成的关键一步。类似的环和相关的分子机器参与了不同的基因组过程，包括控制基因在细胞分裂之间如何打开和关闭。因此，我们的发现可能会有更广泛的影响。”

凝缩蛋白属于进化上最古老的染色体蛋白质家族之一。因此，这种新机制的发现开辟了一个全新的研究领域。

Häring说:“凝缩蛋白这一类的动力蛋白可能是地球上所有生命所必需的。很明显，我们才刚刚开始了解它们的作用，以及它们可能如何影响人类生活条件。”

A hold-and-feed mechanism drives directional DNA loop extrusion by condensin. Science, 2022; 376 (6597): 1087 DOI: 10.1126/science.abm4012