Struktura DNA występującego we wszystkich żywych komórkach została po raz pierwszy opisana przez dwóch sławnych naukowców: Jamesa D. Watsona i Francisa Cricka w 1953 roku, czyli dokładnie 60 lat temu. Ich odkrycie zostało uznane za jedno z największych osiągnięć naukowych XX wieku. W związku z tym, otrzymali w 1962 roku Nagrodę Nobla w dziedzinie medycyny. Ich model helisy DNA był dwuniciowy – taka forma jest dominująca w żywych komórkach.

Publikacja zespołu profesora Balasubramaniana z Cambridge dotycząca ich odkrycia ukazała się w Nature Chemistry. Do tej pory udawało się wytworzyć czteroniciowe helisy DNA wyłącznie w probówce (mimo że istniały pewne dowody wykazujące istnienie takich struktur u orzęsek), teraz istnieją dowody że powstają także naturalnie w ludzkich komórkach. Zdaniem naukowców powstawanie tych niecodziennych struktur może być powiązane ze specyficznym genotypem komórki lub określonym stanem dysfunkcyjnym – prace nad udowodnieniem tej tezy są obecnie w toku.

Czteroniciowa helisa DNA, nazywana również G-kwadrupleksem czy w skrócie G4-DNA, jest tworzona dzięki tetradom guaninowym – cztery zasady guaninowe formujące tą strukturę są stabilizowane przez wiązania wodorowe, jak również dodatkowo przez kation metalu, zwykle potasu. Powstawanie G-kwadrupleksów jest możliwe tylko w rejonach DNA gdzie guanina występuje w znacznych ilościach.

Schemat przedstawiający wiazania pomiędzy czterema zasadami guaninowymi
tworzącymi G-kwadrupleks oraz centralne położenie jonu metalu

Jeden z zespołów pracujących w laboratorium profesora Balasubramaniana, któremu przewodziła doktorantka Giulia Biffi, wytworzył przeciwciała zaprojektowane specjalnie w celu wiązania się z rejonami DNA, w których występują G-kwadrupleksy. Cząsteczki przeciwciał wyposażono w znacznik fluorescencyjny, umożliwiając w ten sposób zlokalizowanie miejsc gdzie związały się one z DNA. Okazało się, że czteroniciowe DNA najczęściej występowało w komórkach będących w trakcie tak zwanej fazy S podziału komórki, czyli wtedy, kiedy materiał genetyczny komórki ulega skopiowaniu.

Właśnie ta obserwacja jest zdaniem naukowców kluczowa w powiązaniu nietypowej helisy DNA ze zmianami nowotworowymi – wiadomo, że właśnie podczas replikacji DNA często tworzone są mutacje onkogenów. Jeżeli w dalszych badaniach uda się powiązać powstawanie G-kwadrupleksów z chorobami nowotworowymi, możliwe będzie stworzenie cząsteczek zapobiegającym podziałowi zmutowanych komórek, co w teorii zahamuje rozwój choroby.

Profesor Balasubramanian powiedział w wywiadzie dla BBC, że liczy na zainteresowanie firm farmaceutycznych jego dalszymi badaniami. Być może w niedalekiej przyszłości uda się odkryć prawdziwe znaczenie tych struktur i wykorzystać zdobytą wiedzę w walce z chorobami.

Przeczytaj również: