Για πρώτη φορά, οι επιστήμονες έχουν εντοπίσει την ύπαρξη μιας νέας δομής DNA που δεν έχει παρατηρηθεί ποτέ στα ζωντανά κύτταρα.
Η ανακάλυψη αυτού που περιγράφεται ως «στριμμένος κόμπος» του DNA σε ζωντανά κύτταρα επιβεβαιώνει ότι ο σύνθετος γενετικός μας κώδικας είναι κατασκευασμένος με πιο περίπλοκη συμμετρία απ ‘ό, τι μόνο η δομή διπλής έλικας που όλοι συνδέουνι με το DNA – και οι μορφές αυτές οι μοριακές παραλλαγές επηρεάζουν τον τρόπο λειτουργίας της βιολογίας μας.
“Όταν οι περισσότεροι από εμάς σκέφτονται το DNA, σκεφτόμαστε τη διπλή έλικα”, λέει ο ερευνητής θεραπειών αντισωμάτων Daniel Christ από το Garvan Institute of Medical Research στην Αυστραλία.
“Αυτή η νέα έρευνα μας θυμίζει ότι υπάρχουν εντελώς διαφορετικές δομές DNA – και θα μπορούσαν να είναι σημαντικές για τα κύτταρα μας”.
Η νέα συνιστώσα του DNA που ονομάζεται παρεμβαλλόμενη δομή μοτίβου (i-motif) [intercalated motif (i-motif) structure], η οποία ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά από ερευνητές τη δεκαετία του 1990, αλλά μέχρι σήμερα μόνο μάρτυρες in vitro (στο γυαλί) και όχι σε ζωντανά κύτταρα.
Τώρα, χάρη στην ομάδα του Christ, γνωρίζουμε ότι το i-μοτίβο εμφανίζεται φυσικά στα ανθρώπινα κύτταρα, δηλαδή η σημασία της δομής για την κυτταρική βιολογία – η οποία έχει αμφισβητηθεί προηγουμένως, δεδομένου ότι είχε αποδειχθεί μόνο στο εργαστήριο – απαιτεί νέα προσοχή από τους ερευνητές.
Εάν η μόνη σας εξοικείωση με τα σχήματα DNA είναι οι διπλές ελικοειδείς σπείρες που έγιναν διάσημες από τους Watson και Crick, η διαμόρφωση του παρεμβαλλόμενου μοτίβου θα μπορούσε να αποτελέσει έκπληξη.
“Το i-μοτίβο είναι τετράπλευρος κόμπος του DNA,” εξηγεί ο γονιδιώτης Marcel Dinger, ο οποίος συνέχισε την έρευνα.
“Στη δομή των κόμβων, τα γράμματα C [cytosine] στον ίδιο κλώνο του DNA δεσμεύονται μεταξύ τους – έτσι αυτό είναι πολύ διαφορετικό από μια διπλή έλικα, όπου τα γράμματα σε αντίθετα κλώσματα αναγνωρίζουν το ένα το άλλον και όπου τα Cs δεσμεύονται στα Gs [ γουανίνες]. “
Σύμφωνα με τον Mahdi Zeraati του Garvan, ο πρώτος συγγραφέας της νέας μελέτης, το i-motif είναι μόνο ένα από μια σειρά δομών DNA που δεν λαμβάνουν τη μορφή διπλής έλικας – συμπεριλαμβανομένων των Α-DNA, Z-DNA, τριπλού DNA και Cruciform DNA – και τα οποία θα μπορούσαν επίσης να υπάρχουν στα κύτταρά μας.
Ένα άλλο είδος δομής DNA, το οποίο ονομάζεται DNA G-quadruplex (G4), εμφανίστηκε για πρώτη φορά από ερευνητές σε ανθρώπινα κύτταρα το 2013, οι οποίοι χρησιμοποίησαν ένα κατασκευασμένο αντίσωμα για να αποκαλύψουν το G4 μέσα στα κύτταρα.
Στη νέα μελέτη, ο Zeraati και άλλοι ερευνητές χρησιμοποίησαν το ίδιο είδος τεχνικής, αναπτύσσοντας ένα θραύσμα αντισώματος (το οποίο ονομάζεται iMab) το οποίο θα μπορούσε να αναγνωρίσει και να δεσμευτεί ειδικά στα i-μοτίβα.
Με τον τρόπο αυτό, τόνισε τη θέση τους στο κύτταρο με μια ανοσοφθορίζουσα λάμψη.
“Αυτό που μας ενθουσίασε περισσότερο είναι ότι μπορούμε να δούμε τα πράσινα σημεία – τα i-μοτίβα – που εμφανίζονται και εξαφανίζονται με την πάροδο του χρόνου, έτσι ξέρουμε ότι σχηματίζουν, διαλύονται και σχηματίζονται και πάλι”, λέει ο Zeraati.
Ενώ υπάρχουν πολλά να μάθουμε για το πώς λειτουργεί η δομή του i-μοτίβου, τα ευρήματα δείχνουν ότι τα μεταβατικά i-μοτίβα γενικά σχηματίζουν καθυστέρηση στον «κύκλο ζωής» ενός κυττάρου – που ονομάζεται η όψιμη φάση G1, όταν το DNA είναι ενεργά «μελετημένο».
Τα i-μοτίβα τείνουν επίσης να εμφανίζονται σε περιοχές γνωστές ως περιοχές προαγωγού – περιοχές DNA που ελέγχουν αν τα γονίδια είναι ενεργοποιημένα ή απενεργοποιημένα – και σε τελομερή, γενετικούς δείκτες που σχετίζονται με τη γήρανση.
“Πιστεύουμε ότι η εξέλιξη και η μετάβαση των i-μοτίβων είναι μια ένδειξη για το τι κάνουν και που χρησιμεύουν”, λέει ο Zeraati.
«Φαίνεται πιθανό ότι είναι εκεί για να βοηθήσουν να ενεργοποιήσουν ή να απενεργοποιήσουν τα γονίδια και να επηρεάσουν εάν ένα γονίδιο είναι ενεργά διαβάσιμο ή όχι».
Τώρα που γνωρίζουμε οριστικά ότι αυτή η νέα μορφή DNA υπάρχει στα κύτταρα, θα δώσει στους ερευνητές εντολή να καταλάβουν τι ακριβώς κάνουν αυτές οι δομές στο σώμα μας.
Όπως εξηγεί ο Zeraati, οι απαντήσεις θα μπορούσαν να είναι πραγματικά σημαντικές – όχι μόνο για το i-μοτίβο, αλλά και για το Α-DNA, το Z-DNA, το τριπλό DNA και το σταυροειδές DNA.
“Αυτές οι εναλλακτικές διαμορφώσεις DNA μπορεί να είναι σημαντικές για τις πρωτεΐνες στο κύτταρο να αναγνωρίζουν τη συγγενή ακολουθία DNA τους και να ασκούν τις ρυθμιστικές λειτουργίες τους”, εξηγεί ο Zeraati στο ScienceAlert.
“Επομένως, ο σχηματισμός αυτών των δομών μπορεί να είναι εξαιρετικά σημαντικός για την κανονική λειτουργία του κυττάρου και οποιαδήποτε παραμόρφωση σε αυτές τις δομές μπορεί να έχει παθολογικές συνέπειες”.
Τα ευρήματα αναφέρονται στο Nature Chemistry.
Πηγή: ScienceAlert.
