Новые зонды позволяют ученым увидеть четырехцепочечную ДНК, взаимодействующую с молекулами внутри живых клеток человека, раскрывая ее роль в клеточных процессах. ДНК обычно образует классическую форму двойной спирали из двух нитей, намотанных друг на друга. В то время как ДНК может образовывать некоторые более экзотические формы в пробирках, в реальных живых клетках их мало.

Однако недавно было замечено, что четырехцепочечная ДНК, известная как G-квадруплекс, естественным образом формируется в клетках человека. Теперь, в новом исследовании, опубликованном сегодня в Nature Communications, команда ученых во главе с Имперским колледжем Лондона создала новые зонды, которые могут видеть, как G-квадруплексы взаимодействуют с другими молекулами внутри живых клеток.

G-квадруплексы обнаруживаются в более высоких концентрациях в раковых клетках, поэтому считается, что они играют определенную роль в развитии заболевания. Зонды показывают, как G-квадруплексы "разматываются" определенными белками, а также могут помочь идентифицировать молекулы, которые связываются с G-квадруплексами, что приводит к потенциальным новым лекарственным мишеням, которые могут нарушить их активность.

Иголка в стоге сена

Один из ведущих авторов, Бен Льюис (Ben Lewis), с кафедры химии в Империале, сказал: "другая форма ДНК будет иметь огромное влияние на все процессы, связанные с ней—такие как чтение, копирование или выражение генетической информации.

"Все больше доказательств того, что G-квадруплексы играют важную роль в самых разнообразных процессах, жизненно важных для жизни, и в ряде заболеваний, но недостающее звено было визуализировать эту структуру непосредственно в живых клетках."

G-квадруплексы редко встречаются внутри клеток, а это означает, что стандартные методы обнаружения таких молекул затрудняют их специфическое обнаружение. Бен Льюис описывает эту проблему так: "это как найти иголку в стоге сена, но иголка тоже сделана из сена."

Чтобы решить эту проблему, исследователи из групп Вилара и Куимовой на химическом факультете имперского университета объединились с группой Ванье из Лондонского института медицинских наук медицинского исследовательского совета.

Они использовали химический зонд под названием DAOTA-M2, который флуоресцирует (загорается) в присутствии G-квадруплексов, но вместо того, чтобы контролировать яркость флуоресценции, они контролировали, как долго длится эта флуоресценция. Этот сигнал не зависит от концентрации зонда или G-квадруплексов, что означает, что он может быть использован для однозначной визуализации этих редких молекул.

Д-р Марина Куимова из Химического факультета Imperial сказала: "применяя этот более сложный подход, мы можем устранить трудности, которые мешали разработке надежных зондов для этой структуры ДНК."

Глядя прямо в живые клетки

Команда использовала свои зонды для изучения взаимодействия G-квадруплексов с двумя белками геликазы-молекулами, которые "раскручивают" структуры ДНК. Они показали, что если эти белки геликазы были удалены, то присутствовало больше G-квадруплексов, показывая, что геликазы играют роль в разматывании и, таким образом, разрушении G-квадруплексов.

Доктор Жан-Батист Ванье из Лондонского института медицинских наук и Института клинических наук в Империале сказал: "в прошлом нам приходилось полагаться на изучение косвенных признаков действия этих геликаз, но теперь мы рассматриваем их непосредственно внутри живых клеток."

Они также исследовали способность других молекул взаимодействовать с G-квадруплексами в живых клетках. Если молекула, введенная в клетку, связывается с этой структурой ДНК, она вытесняет зонд DAOTA-M2 и сокращает его время жизни, то есть продолжительность флуоресценции.

Это позволяет изучать взаимодействия внутри ядра живых клеток и лучше понимать большее количество молекул, таких как те, которые не флуоресцируют и не видны под микроскопом.

Профессор Рамон Вилар (Ramon Vilar) из Химического факультета Университета Империал объяснил: "многие исследователи интересовались потенциалом G-квадруплексных связывающих молекул как потенциальных лекарств от таких заболеваний, как рак. Наш метод поможет продвинуть наше понимание этих потенциальных новых лекарств."

Питер Саммерс, другой ведущий автор из отдела химии в Империале, сказал: "Этот проект был фантастической возможностью работать на стыке химии, биологии и физики. Это было бы невозможно без опыта и тесных рабочих отношений всех трех исследовательских групп."

Эти три группы намерены продолжать совместную работу по улучшению свойств своего зонда и исследовать новые биологические проблемы и пролить дополнительный свет на роль G-квадруплексов внутри наших живых клеток. Исследование финансировалось имперским Фондом передового опыта для пограничных исследований.

ИСТОЧНИК