我们每个细胞内的基因组都是由张力和扭转建模的——部分原因是压缩、环状、缠绕和解开DNA的蛋白质的活动——但科学家对于这些力如何影响基因转录知之甚少。

克莱姆森大学WaenardL.Miller,Jr.(1969届)和SheilaM.Miller医学生物物理学讲座教授LauraFinzi说道：“有很多机械力在起作用，我们从未考虑过，对它们知之甚少，教科书上也没有提到它们。”

转录是细胞将一段DNA复制成RNA的过程。有一种RNA被称为信使RNA(mRNA)，它编码信息以制造细胞或组织结构和功能所需的蛋白质。

RNA聚合酶(RNAP)是一种产生mRNA的蛋白质。它沿着双螺旋DNA进行追踪，将其解开以读取仅一条链的碱基对序列并合成匹配的mRNA。基因的这种“转录”始于RNAP与“启动子”DNA序列结合，结束于“终止子”序列，在此释放mRNA拷贝。对终止的典型观点认为，在释放mRNA后，RNAP会与DNA分离。

研究人员使用磁性镊子将RNAP聚合酶拉向DNA模板，结果显示，到达终止子后，细菌RNA聚合酶可能留在DNA模板上，并被拉向后滑动至相同的启动子或向前滑动至相邻的启动子，以开始后续的转录循环。因此，力的方向决定了一段DNA是否可以转录多次或仅转录一次。Finzi和Dunlap报告称，这种力导向的循环机制可以改变相邻基因的相对丰度。

此外，他们发现，滑动RNAP的能力需要α亚基的C端结构域能够识别与滑动方向相反的启动子。她说，这些亚基“使其能够保持在轨道上，翻转并抓住DNA双螺旋的另一条链，而另一个启动子可能在那里”。事实上，删除α亚基后，翻转到相反方向的启动子并没有发生。

彻底了解调节基因组转录活动的分子机制可能会找到治疗替代方案，其中可以修改RNAP以抑制某些蛋白质并预防疾病。

芬齐表示，基因组中可能存在一些位置，其中的循环利用可能比其他位置更频繁，但这仍然未知。

Finzi表示：“我希望有一天，我们能绘制出一张时空图，展示生物体内各种细胞生命周期中不同时期作用于基因组的各种力。我们的研究重点关注了各种力对重复转录概率的影响，这可能有助于以热图的方式预测和绘制不同基因的不同转录水平。”