Сконструированная молекула позволит изучить загадочную 4-цепочечную ДНК

Обычно ДНК организована в двойную спираль, где две нити сплетаются подобно скрученной лестнице, но в предыдущих исследованиях было показано существование необычных структур ДНК, называемых квадруплексами, где 4 нити организованы в виде небольших узелков.

Группа исследователей из Имперского Колледжа Лондона (Imperial College London, Великобритания) под руководством доктора Марины Куимовой (Marina Kuimova) и профессора Рамона Вилара (Ramon Vilar) раскрыла загадку этих четырехнитевых структур ДНК. Ученые создали флуоресцентную молекулу, способную распознавать наличие таких структур в живых клетках.

Исследовательская группа использовала флуоресцентную молекулу, чтобы выявить четырехспиральную ДНК в культуре клеток рака кости. Совместно с коллегами из Королевского Колледжа Лондона (Kings College London) они исследовали взаимодействия молекулы и четырехнитевой ДНК в режиме реального времени, используя мощные микроскопы.

Квадруплексы могут формироваться в нитях ДНК, богатых гуанином – одним из четырех строительных блоков ДНК, – сворачиваясь сами с собой. Несколько отдельных структур квадруплексов найдены в геноме человека, но их точная роль остается неизвестной. Недавние исследования показали, что они преимущественно находятся рядом с онкогенами.

«Появляется все больше доказательств того, что квадруплексы участвуют во включении и выключении генов, поскольку они обычно располагаются внутри генома», – говорит профессор Вилар с Кафедры Химии Имперского Колледжа.

«Если это будет доказано, квадруплексы могут стать невероятно важной мишенью для лечения онкологических заболеваний. Однако, чтобы понять их роль, нам необходимо исследовать их в живых клетках. Наша новая флуоресцентная молекула позволяет делать это путем прямого наблюдения за «поведением» квадруплексов в живых клетках в реальном времени», – отмечает исследователь.

Исследовательская группа создала флуоресцентную молекулу, интенсивность свечения которой усиливается при присоединении к ДНК. Используя мощные микроскопы, ученые выяснили, что они способны различать молекулы, связывающиеся с обычной двуспиральной ДНК и с квадруплексами ДНК, поскольку при связывании с последними молекула светится гораздо дольше.

Исследователи также смогли визуализировать замещение флуоресцентной молекулы другой молекулой на квадруплексе. Это позволяет предположить, что созданную в Имперском Колледже молекулу можно использовать для выявления новых веществ, связывающихся с четырехспиральной ДНК.

«До настоящего времени для того, чтобы увидеть квадруплексы в клетках, исследователям приходилось фиксировать их, используя химические методы. Однако это убивало клетки и оставляло открытым вопрос о действительном взаимодействии молекул с квадруплексами в динамическом окружении», – говорит Аран Шивалингам (Arun Shivalingam), соавтор публикации, работавший над исследованием в качестве аспиранта Имперского Колледжа.

«Мы показали, что нашу молекулу потенциально можно использовать для подтверждения в живых клетках в режиме реального времени присоединения потенциального квадруплекс-связывающего агента к своей мишени. Это может стать переломным моментом, ускорив исследование таких структур ДНК», – добавляет профессор Вилар.

Структура G-квадруплекса ДНК с выделенными гуаниновыми тетрадами в молекуле. (фото: Imperial College London)

По материалам Imperial College London

Оригинальная статья:
Arun Shivalingam, M. Angeles Izquierdo, Alix Le Marois, Aurimas Vyšniauskas, Klaus Suhling, Marina K. Kuimova, Ramon Vilar. The interactions between a small molecule and G-quadruplexes are visualized by fluorescence lifetime imaging microscopy. Nature Communications, 2015; 6: 8178 DOI: 10.1038/ncomms9178