Не вся ДНК похожа на знакомую двойную спираль. Иногда участки генетического кода сворачиваются в причудливые узлы. Одна из таких структур — G-квадруплекс (G4) — напоминает запутанный клубок. Эти «узлы» могут влиять на включение и выключение генов. Но если их вовремя не распутать, они повреждают геном. Ученые из группы Книпсхера в Институте Хубрехта вместе с коллегами из Каролинского института обнаружили неожиданный механизм, который контролирует эти узлы. Их исследование, опубликованное в издании Science, может помочь в лечении рака.

G-квадруплекс (G4) — это участок ДНК, где одна цепочка сворачивается в узловатую структуру из-за скопления гуанина (G). Напоминает сложенный бантик или петлю. Может влиять на активность генов, но если его не распутать, приводит к поломкам ДНК.

Обычно ДНК — это двойная спираль. Но иногда одна цепочка сворачивается в G4-узел, особенно в участках с большим количеством гуанина (G). Эти узлы регулируют транскрипцию — процесс копирования ДНК в РНК.

Однако G4 — палка о двух концах. С одной стороны, они нужны для работы генов, с другой — если их не распутать, могут возникнуть мутации, сбои в работе клеток и даже рак. Поэтому клетки ищут способы быстро их развязывать.

Как изучали ДНК-узлы

Ученые использовали экстракты из яиц лягушки (Xenopus laevis). В них есть почти все белки, которые есть в живой клетке, особенно те, что отвечают за копирование и починку ДНК.

Исследователи добавили в эту систему ДНК с G4-узлами и наблюдали, как клеточные механизмы их распутывают.

Неожиданная роль РНК

Оказалось, что РНК — молекула, которая обычно помогает синтезировать белки, — играет ключевую роль в этом процессе.

РНК связывается с ДНК напротив G4-узла, образуя структуру под названием G-петля, — объясняет первый автор работы Коичи Сато. — Это как временная заплатка, которая не дает геному развалиться.

G-петля служит платформой для других белков, которые распутывают узел и возвращают ДНК в нормальное состояние. Благодаря сотрудничеству с Саймоном Эльсессером и Цзин Лю из Каролинского института, ученые выяснили, что G-петля помогает развязывать узлы по всему геному.

Удивительно, но клетка воспринимает G4 как повреждение ДНК, даже если разрывов нет, — говорит руководитель исследования Пак Книпсхер. — Это как ложная тревога, которая заставляет клетку быстро реагировать.

Если механизм дает сбой, G4-узлы накапливаются, и при делении клетки ДНК рвется, что может привести к гибели клетки.

Можно ли использовать G4 против рака

Многие раковые клетки содержат много G4-узлов. Если помешать их распутыванию, можно вызвать их гибель. Пока это лишь гипотеза, но исследование открывает новые пути для терапии.

Этот механизм может стать мишенью для противораковой терапии. Если искусственно увеличить количество G4-узлов в опухолевых клетках или заблокировать их распутывание, можно selectively убивать рак, не трогая здоровые ткани. Также открытие поможет понять причины генетических заболеваний, связанных с накоплением мутаций.

Отметим, что исследование проводилось на бесклеточной системе и яйцах лягушек — это упрощенная модель. Не факт, что в человеческих клетках все работает так же. Кроме того, G-петли могут быть побочным продуктом, а не ключевым механизмом.

Ранее ученые обнаружили новый тип движения заряда по ДНК.