Ученые нашли в ДНК человека странные структуры: спираль оказалась сложнее, чем считалось
При слове «ДНК» большинство из нас сразу представляет классическую двойную спираль из школьного учебника биологии. Открытие молекулярных биологов из Кельнского университета может учебники переписать: в плазме человеческой крови ученым впервые удалось зафиксировать компактные генетические конструкции из четырех нитей.
Что такое G-квадруплекс
Обычно спираль ДНК состоит из двух переплетенных цепей. Но когда в генетической последовательности встречается много фрагментов с азотистым основанием гуанином, молекула может сворачиваться совершенно иным образом.
Четыре гуанина соединяются между собой в плоский квадрат, а несколько таких «квадратов» накладываются друг на друга словно блины в стопке. Получается плотная, закрученная в четыре нити конструкция, которую ученые называют G-квадруплексом (или просто G4). Ранее такие фигуры находили только внутри живых клеток, но никто не ожидал увидеть их свободно плавающими в крови.
Откуда в крови берется ДНК
Когда клетки нашего организма погибают и обновляются, их содержимое распадается, микроскопические обломки ДНК попадают в кровоток. Это так называемая внеклеточная ДНК. Каждая такая нить подобна обрывку письма, содержащему информацию о процессах внутри органов.
До сих пор генетики анализировали эти «обрывки» только одним способом — «читали» порядок букв-нуклеотидов. Открытие ученых показало, что сам способ, которым «записка» сложена, содержит не меньше важных данных, чем написанный на ней текст.
Охота за молекулой: «нежная ловушка»
Главная сложность исследования заключалась в том, чтобы зафиксировать G4 непосредственно в крови, не повредив их. Сверхкороткие фрагменты ДНК длиной всего около 50 нуклеотидов легко теряются при стандартных методах лабораторного выделения. Более того, агрессивные химикаты и нагревание, которые обычно используют ученые, способны разрушить хрупкую структуру или, наоборот, заставить прямую нить искусственно свернуться в колбу.
Чтобы не получить ложный результат, команда из Кельна создала щадящую методику:
- Генетический материал извлекали из плазмы крови без нагревания и жесткой обработки.
- Для поиска использовали два независимых детектора: специальное антитело, липнущее к G4, и микроскопическую светящуюся молекулу-маркер.
Оба прибора одновременно подали сигнал, подтвердив: четырехнитевые «узлы» существовали в крови изначально, а не образовались в пробирке.
Новая загадка и перспективы для медицины
У открытия осталась одна важная деталь. Используемые детекторы распознают именно четырехнитевую форму, но не различают саму молекулу — это ДНК или похожая на нее РНК, которая способна сворачиваться точно так же. В следующих экспериментах биологи планируют применить ферменты, избирательно уничтожающие ДНК или РНК, чтобы точно установить «личность» узлов.
Потенциал у открытия огромный. Структуры G4 часто формируются в участках генома, отвечающих за регуляцию генов, а их повышенная концентрация ранее уже замечалась в опухолевых тканях.
Если ученые научатся сопоставлять количество и форму этих свернутых молекул в крови с состоянием здоровья, медицина получит принципиально новый метод ранней диагностики сложных заболеваний, включая рак, — просто оценивая то, как «сложена бумага», на которой записан наш генетический код.