Четырехнитевую ДНК наблюдали в живой клетке

Помимо двунитевой спирали ДНК может образовывать и другие структуры, например трехнитевую или четырехнитевую. Теперь ученые впервые увидели, как в ДНК живой клетки возникают и исчезают четырехнитевые структуры.

Как правило, четырехнитевая структура формируется участками ДНК, в которых много гуаниновых оснований (G-квадруплексы ДНК, G4); при этом четыре гуанина расположены в одной плоскости и связаны хугстиновскими взаимодействиями (водородными связями, отличными от канонических уотсон-криковских). ПолиG-мотивы содержатся в теломерной ДНК, но ими богаты также участки, связанные с регуляцией генов и рекомбинацией. В геноме человека существует около 700 000 участков, которые могут формировать G4.

Считается, что G4 ассоциированы с генами, вовлеченными в развитие злокачественных новообразований, такими как c-Myc, поэтому исследования этих структур вызывают особый интерес. Все существовавшие до настоящего момента методы изучения G4 (например, использование антител, распознающих G4 в фиксированных клетках) не позволяли наблюдать за G4 в живых клетках и в режиме реального времени. Команда ученых из трех исследовательских центров Великобритании создала флуоресцентный краситель SiR-PyPDS, с которым стало возможно проводить такие исследования (см. рисунок). Существенно, что краситель можно детектировать в низких, наномолярных концентрациях: это сводит к минимуму его влияние на динамику образования G4.

Ученые обнаружили, что формирование G4 структур в живых клетках зависит от стадии клеточного цикла в экспериментах на клеточной линии U2OS и нарушается при химическом ингибировании транскрипции и репликации. Для этого они использовали флуоресцентную микроскопию, детектирующую свечение единичных молекул. Также оказалось, что в живых клетках G4 структуры динамично сворачиваются и разворачиваются.

«Впервые нам удалось доказать, что ДНК-квадруплексы существуют в наших клетках как стабильная структура, возникающая в ходе нормальных клеточных процессов. Это заставляет нас пересмотреть взгляд на биологию ДНК. Это открывает новую эру в фундаментальной биологии и, вероятно, новые возможности для диагностики и терапии таких болезней, как злокачественные опухоли, — говорит первый автор статьи, доктор Марко ди Антонио, в настоящий момент возглавляющий группу в Имперском колледже Лондона. — Теперь мы можем наблюдать за G-квадруплексами в клетках в режиме реального времени и задаться вопросом, в чем состоит их биологическая роль».