Новости химической науки > В клетках человека обнаружена квадруплексная спираль ДНК

В 1953 году Уотсон и Крик опубликовали статью, впервые описывающие вторичную структуру ДНК – ее спирализацию в двойную спираль, ставшую символом «молекулы жизни».

В наши дни, перед шестидесятилетним юбилеем открытия, исследователи из Кембриджа опубликовали статью, доказывающую того, что четырехнитевые структуры ДНК «квадруплексные спирали», также известные как G-квадруплексы, могут присутствовать в геноме человека. Такие структуры формируются на участках ДНК, богатых гуанином, обычное сокращение которого «G».

Опубликованные результаты являются кульминацией десяти лет исследований, посвященных особенностям образования таких квадруплексов in vivo – в живых клетках человека. Работа началась с гипотез, компьютерного моделирования и экспериментов в лаборатории, и, наконец, закончилась идентификацией таких вторичных структур в раковых клетках человека.

Исследователи продемонстрировали, что четырехцепочечные структуры ДНК – квадруплексы ДНК, могут существовать в геноме человека. (Рисунок из Nature Chemistry, 2013; DOI: 10.1038/nchem.1548)

Результаты исследования, выполненного под эгидой Фонда Исследования Рака Великобритании, демонстрируют однозначную связь между концентрацией четырехнитевых квадруплексов ДНК и процесса репликации ДНК, являющегося ключевым для деления клеток. Создание низкомолекулярных соединений, для которых квадруплексы ДНК являются молекулярными мишенями, позволило «запретить» клеткам проводить репликацию ДНК и полностью блокировать деление клеток. Результаты исследования позволяют говорить о том, что квадруплексы более вероятно встретить в генетической последовательности клеток, подвергающихся быстрому делению, например – опухолевых. Поэтому исследователи предполагают, что эта особенность G-квадруплексов позволит остановить бесконтрольную пролиферацию клеток, являющуюся причиной опухолевых заболеваний.

Исследования последних двух десятилетий демонстрировали, что квадруплекс ДНК может образоваться in vitro – в лаборатории, но такая структура скорее представлялась исследователям чем-то необычным, а не системой, которую можно обнаружить в живой природе.

Руководителем исследования, доказавшего возможность существования четырехцепочечных агрегатов ДНК в клетках человека, была Джулия Биффи (Giulia Biffi). Опираясь на результаты ранее проведенных исследований позволили Биффит разработать белки-антитела, способные распознавать и связываться с участками генома человека, богатыми G-квадруплексами, что позволило доказать возможность существования таких структур в живых клетках человека.

Пометив антитела флуорофорами, исследователи смогли визуализировать квадруплексы, причем сделав это как в статике – определив области их локализации, так и в динамике – увеличение их концентрации на стадии клеточного деления.

В обычное время квадруплексы ДНК относительно равномерно распределены по геному клеток человека. Интенсивное увеличение количеств четырехцепочечных ДНК наблюдалось во время s-фазы – этапа жизненного цикла клетки, на котором происходит репликация ДНК, необходимая для дальнейшего деления клеток.

Увеличение скорости репликации ДНК в онкогенах приводит к увеличению количества и интенсивности образования G-квадруплексов. Это означает, что потенциально опасная активность клеток может быть скорректирована с помощью специально синтезированных малых молекул, для которых G-квадруплексы будут молекулярной мишенью.

Источник: Nature Chemistry, 2013; DOI: 10.1038/nchem.1548

метки статьи: #биохимия, #медицинская химия, #межмолекулярные взаимодействия, #молекулярная биология