Учёные подтвердили наличие новой ДНК структуры в человеческих клетках

Это не просто двойная спираль. Впервые ученые обнаружили существование новой ДНК структуры, которую раньше не видели в живых клетках (но видели в лабораторных).

Это открытие ‘запутанного узла’ ДНК в живых клетках подтверждает, что наш непростой генетический код выстроен с более замысловатой симметрией, чем мы привыкли считать. Это не простая двойная спираль, и те формы, которые принимают исследуемые молекулярные вариации, влияют на нашу биологию.

“Когда большинство из нас думает о ДНК, мы представляем себе двойную спираль, — говорит Дэниел Крайст, исследователь терапевтических антител из Гарванского института медицинских исследований в Австралии. — Это новое исследование напомнило нам, что существуют абсолютно иные ДНК структуры, которые могут быть так же важны для наших клеток.”

Обнаруженный командой новый компонент ДНК называется структурой вставочного мотива (i-motif, от слова intercalated — пер. вставочный). Впервые i-мотив был открыт исследователями в 1990-х, и до этого дня его наблюдали лишь в лабораторных условиях, но ни разу не встречали в живых клетках.

Теперь благодаря команде Крайста, мы знаем, что i-мотив присущ и живым клеткам, а это означает, что данная структура важна для клеточной биологии. До этого момента данный факт ставился под сомнение, ведь i-мотив могли наблюдать лишь в лаборатории. Теперь же ученые более внимательно отнесутся к роли ‘запутанного узла’.

Если вы знакомы с ДНК исключительно как с двойной винтовой спиралью, которую прославили Уотсон и Крик, то эта форма вставочного мотива станет для вас неожиданностью.

“I-мотив это четырехвитковый ‘узел’ ДНК, — объясняет специалист по геномике Марсель Дингер, со-автор исследования. — В структуре узла буквы цитозина с одной цепи ДНК связываются друг с другом — так что это сильно отличается от двойной спирали, в которой “буквы” на противоположных цепочках распознают друг друга, и где цитозины связываются с гуанинами.”

По словам Махди Зераати (Mahdi Zeraati), главного автора этого исследования, i-мотив — это единственная из небольшого количества ДНК-структур, в которой задействована лишь одна цепочка, в отличие от A-DNA, Z-DNA, тройной ДНК и крестообразной ДНК, которые тоже могут существовать в наших клетках.

Другой вид ДНК-структуры, называемой Г-квадруплекс (G4) ДНК, ученые впервые увидели в человеческих клетках в 2013-м году. Они воспользовались сконструированным антителом, чтобы выявить G4 внутри клеток.

В новом исследовании Зераати и его коллеги применили похожий метод. Они разработали фрагмент антитела под названием iMab, который может распознавать и прикрепляться к i-мотивам. Таким образом он своим иммунофлюоресцентным светом указывал на местоположение i-мотива внутри клетки.

 

Иллюстрация того, как антитела прикрепляются к i-мотивам в клетке. (Chris Hammang)

“Больше всего нас поразило, что мы могли видеть, как зеленые точки — i-мотивы — появлялись и исчезали с течением времени, так мы узнали, что они могут образовываться, расползаться и снова появляться,” — говорит Зераати.

Хотя нам еще много предстоит узнать о том, как функционируют i-мотивы, открытие указывает на то, что временные i-мотивы обычно начинают образовываться в поздний период жизненного цикла клетки, называемый поздней G1 фазой, когда ДНК активно считывается.

Также стало известно, что i-мотивы преимущественно образуются в промоторных участках ,— регионах ДНК, которые которые контролируют включение/выключение генов, — и в теломерах, генетических маркерах, связанных со старением.

“Мы думаем, что появление и исчезание i-мотивов —  это подсказка об их предназначении, — говорит Зераати. — Кажется вполне вероятным, что они нужны для того, чтобы включать и выключать гены, и влиять на активное их считывание.”

Теперь, когда мы точно знаем, что эта новая структура ДНК существует в клетках, исследователи просто обязаны выяснить, что именно эти i-мотивы делают внутри наших организмов.

По мнению Зераати, ответы могут оказаться чрезвычайно важными — не только для i-мотивов, но и для A-DNA, Z-DNA, тройных ДНК и крестообразных ДНК.

“Эти альтернативные конфигурации ДНК могут быть важны для распознания протеинами их когнатных последовательностей ДНК и выполнения их регулирующих функций,“— объяснил Зераати. 

“Таким образом, образование этих структур может иметь крайне важное значение для правильной работы клеток. А любое отклонение в этих структурах может иметь патологические последствия.”

Результаты исследования были опубликованы в Nature Chemistry.

Подписаться на секретный telegram-канал, чтобы не пропустить эксклюзивную информацию, не представленную больше нигде.