G-kvadrupleksi v človeški telomerni DNA. (Alfred Pasieka / Getty Images) Struktura dvojne vijačnice je praktično postala sinonim za DNK, vendar to ni edini način, kako se dolge niti genetskih informacij stisnejo v tesen prostor.
Ko se dvojna veriga DNK podvoji sama ali se pritrdi na drugo dvojno verigo, lahko dejansko ustvari štiriverižni vozel, znan kot G-kvadrupleks.
Znanstveniki prvič odkrit te 'dvojne dvojne vijačnice' v živih človeških celicah leta 2013, v letih od takrat pa so te vozle našli vvisoke koncentracijev rakavih celicah.
Zdaj so raziskovalci z Imperial College London povezali kopičenje G-kvadrupleksov z drugo človeško boleznijo – redko genetsko motnjo, znano kot Cockaynov sindrom (CS).
CS je recesivno stanje, ki prizadene več sistemov v telesu. Zanj so značilni prezgodnje staranje, občutljivost na sonce, degeneracija možganov in zastoj rasti.
V večini primerov je motnja povezana z mutacijo v proteinu Cockaynovega sindroma B (CSB) in v laboratorijskih poskusih, ki so vključevali celice ljudi, žuželk in bakterij, so raziskovalci zdaj pokazali, da se ta protein veže na ' osupljivo pikomolarno afiniteto ' do G-kvadrupleksov, ki so oblikovani iz več različnih verig DNA.
Nasprotno pa se zdi, da se ti proteini ne vežejo s skoraj tako afiniteto na dvojne vijačnice, ki so se le podvojile nazaj nase, da bi ustvarile štiriverižno strukturo.
To je pomembna ugotovitev, ker nakazuje, da protein CSB nekako igra vlogo pri mešanju in ujemanju verig DNK v celičnem jedru, zlasti ko gre za ribosomsko DNK.
Ta vrsta DNK vsebuje kode za transkripcijo celičnih proteinov, tako da če je protein CSB mutiran in se ne more več vezati na G-kvadruplekse, ti proteini morda nikoli ne bodo izdelani.
Prejšnja poskusi so pokazali, da pomanjkanje funkcionalnega CSB nagiba k zaustavitvi transkripcije G-kvadrupleksnih struktur. Brez posredniške kopije te DNK genetske informacije ne morejo zapustiti celice in komunicirati s preostalim telesom.
'Glede na to, da izguba funkcije CSB izzove fenotipe prezgodnjega staranja, naše ugotovitve kažejo, da je interakcija med CSB in intermolekularnimi G4 ribosomske DNA bistvena za vzdrževanje celične homeostaze,' avtorji pojasni .
Če imajo raziskovalci prav in te ugotovitve veljajo za telo v resničnih razmerah, bi to lahko pomenilo, da Cockayneov sindrom vodi v prezgodnje staranje, ker prekine proizvodnjo beljakovin, ki jih kodirajo nekateri G-kvadrupleksi.
Večina prejšnjih raziskav o G-kvadrupleksih se je osredotočila na strukture, ki nastanejo, ko se ena molekula z dvojno vijačnico zloži nazaj vase. Toda ta nova raziskava je nekaj prvih, ki raziskujejo vlogo G-kvadrupleksov, ki so oblikovani iz dveh ločenih molekul z dvojno vijačnico.
'Naša genomska DNK je dolga več kot dva metra, vendar je stisnjena v prostor premera le nekaj mikronov. Zato ne bi smelo biti presenečenje, da obstajajo načini, kako se zankaste strukture dolgega dosega uporabijo za stiskanje DNK v bolj zapletenih interakcijah, kot smo si predstavljali,« pravi kemijski biolog Marco Di Antonio z Imperial College London.
'Še vedno je toliko, kar ne vemo o DNK, vendar naši rezultati kažejo, da to, kako in kje nastanejo strukture G-kvadrupleksa, vpliva na njihovo delovanje, zaradi česar so biološko pomembnejše, kot se je prej mislilo.'
Nova študija bi lahko na koncu pomagala raziskovalcem pri iskanju zdravljenja bolezni, kot je Cockayneov sindrom. Če je disfunkcionalnim CSB sploh mogoče preprečiti vezavo z G-kvadrupleksi, potem bo mogoče to redko degenerativno motnjo v prihodnosti omiliti.
Študija je bila objavljena v Journal of the American Chemical Society .