В наших клетках найдена новая ДНК-структура

23 апреля 2018



Впервые в мире определена новая структура ДНК внутри человеческих клеток, австралийские исследователи, обнаружившие данную структуру назвали ее i-мотивом (структура вставочного мотива, i-motif, от «intercalated» — вставочный). Закрученный «узел» ДНК, или i-мотив никогда ранее не был замечен внутри живых клеток. Новые результаты, полученные в Институте медицинских исследований Гарвана, опубликованы 23 апреля 2018 года в ведущем журнале Nature Chemistry.

Это художественное изображение i-мотива, а также инструмента на основе антител, используемого для его обнаружения внутри клетки.

Глубоко внутри клеток нашего тела лежит наша ДНК. Информация в коде ДНК — все 6 миллиардов букв A — А (аденин), C — Ц (цитозин), G — Г(гуанин) и T — Т (тимин) — дает четкие инструкции о том, как строятся наши тела и как они работают. Уже ставшая культовой «двойная спираль» формы ДНК захватила общественное воображение с 1953 года, когда Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик неожиданно для всех раскрыли структуру ДНК. Однако теперь известно, что короткие фрагменты ДНК могут существовать в других формах, по крайней мере, в лабораторных условиях, и ученые подозревают, что эти отличные от двойной спирали формы могут играть важную роль в том, как и, главное, когда считывается код ДНК. Новая форма ДНК полностью отличается от двухцепочечной спирали. «Когда большинство из нас думает о ДНК, мы думаем о двойной спирали», — говорит адъюнкт-профессор Дэниэл Крис (руководитель Лаборатории терапии антителами в Гарване), главный автор данной работы. «Это новое исследование напоминает нам о том, что существуют совершенно разные структуры ДНК, и все они могут быть чрезвычайно важны для наших клеток».

«I-мотив представляет собой четырехцепочечный „узел“ ДНК, — говорит доцент Марсель Динджер (руководитель Центра клинической геномики Кингхорна в Гарване), который возглавлял исследование наравне с профессором Дэниэлем Крисом. В структуре узла буквы Ц (цитозин) на одной и той же цепочке ДНК связываются друг с другом, так что это сильно отличается от двойной спирали, где „буквы“ на противоположных цепях распознают друг друга и где Ц связываются с Г [гуанин]».

Хотя исследователи раньше и видели i-мотив и даже подробно изучили его, он был засвидетельствован только in vitro, то есть в искусственных условиях, созданных в лаборатории, а не внутри клеток. Фактически, все специалисты в этой области давно обсуждали вопрос, способны ли «узлы» i-мотивов существовать внутри живых клеток — вопрос, на который сейчас благодаря новой находке, наконец, получен ответ.

Чтобы обнаружить i-мотивы внутри клеток, исследователи должны были разработать новый точный инструмент — фрагменты молекул антител, которые могли бы специфически распознавать i-мотивы и прикрепляться к ним с очень высокой аффинностью (силой взаимодействия антигена и антитела). До сих пор понимание роли i-мотивов было невозможно из-за отсутствия антител специфичных для них. Фатальным было то, что фрагмент антитела не обнаруживал ДНК в спиральной форме и не распознавал «G- квадруплексную связь (двойную дуплексную связь)», структурно похожую на четырехцепочечное расположение ДНК. Используя созданный ими инструмент, исследователи обнаружили местоположение i-мотивов в ряде клеточных линий человека. Для определения расположения i-мотивов ученые применили не ИФА (иммуноферментный анализ), который часто применяется для выявления антител, а методы флуоресценции, благодаря чему они смогли визуализировать многочисленные пятна зеленого цвета в ядре, которые являются индикаторами i-мотивов. «Больше всего нас заинтересовало то, что мы можем видеть зеленые пятна — i-мотивы — появляющиеся и исчезающие с течением времени, поэтому мы знаем, что они формируются, разрушаются и снова формируются», — говорит д-р Махди Зераати, чьи исследования лежат в основе данной работы.

Исследования показали, что i-мотивы в основном формируются в определенное время жизненного цикла клетки, а именно, в конце G1 (Gap1) фазы, во время активного «чтения» ДНК. Они также показали, что i-мотивы появляются в некоторых областях промотора (области ДНК, которая контролирует включение или выключение генов) и в теломерах, концевых участках хромосом, которые задействованы в процессе старения. Д-р Зераати говорит: «Мы считаем, что факт возникновения и исчезновения i-мотивов — это ключ к тому, что именно они делают. Похоже, что они включают или отключают гены и влияют на то, насколько активно читается ген». «Мы также считаем, что преходящий характер i-мотивов объясняет, почему их до сих пор не могли отследить в клетках», — добавляет адъюнкт-профессор Дэниэл Крис. Профессор Марсель Динджер говорит: «Обнаружить абсолютно новую форму ДНК в клетках было большим прорывом, ведь результаты этих исследований создадут основу для совершенно нового понимания того, для чего действительно нужна открытая нами форма ДНК, влияет ли она на здоровье и болезни».