Нове дослідження розглядало «вузлики» та «витки» в ДНК, які можуть впливати на роботу генів. (Зображення: Yuichiro Chino/Getty Images)
Вчені виявили, що скручувані структури в ДНК, які довго помилково вважали вузлами, насправді є чимось зовсім іншим.
Усередині клітин ДНК скручується, копіюється та розривається. Ці скручування можуть впливати на функціонування генів, визначаючи, які з них активуються та коли. Вивчення того, як ДНК реагує на стрес, може допомогти вченим краще зрозуміти, як контролюються гени, як організована молекула та як проблеми з цими процесами можуть сприяти розвитку захворювань.
Роками дослідники використовували нанопори — крихітні отвори, достатньо широкі, щоб крізь них міг прослизнути один ланцюг ДНК — для швидкого та недорогого зчитування послідовностей ДНК. Ці системи працюють, вимірюючи електричний струм, що протікає через нанопору. Коли молекула ДНК проходить крізь неї, вона порушує цей струм певним чином, що відповідає кожній із чотирьох «літер», що складають код ДНК: A, T, C та G.
Вам може сподобатися
-
Вчені розкривають, як віруси, приховані в нашій ДНК, контролюють наші гени
-
Вчені виявили раніше невідому частину людських клітин
-
Нове дослідження підтверджує, що раса та генетика не дуже узгоджуються
Несподівані уповільнення або сплески цього сигналу часто інтерпретувалися як вузли в ДНК. Але тепер нове дослідження, опубліковане 12 серпня в журналі Physics Review X, виявляє, що ці зміни сигналу також можуть означати плектонеми, які є природними спіралями, що утворюються, коли ДНК скручується під впливом стресу.
«Вузли та плектонеми можуть виглядати дуже схожими в сигналах нанопор», – розповів Live Science провідний автор дослідження Ульріх Кейзер, фізик з Кавендішської лабораторії Кембриджського університету. «Але вони походять від зовсім різних фізичних механізмів. Вузли схожі на тугі клубки; плектонеми більше схожі на пружини, що утворюються крутним моментом».
Щоб вивчити ці спіралі, дослідники пропустили ланцюг ДНК через конусоподібну нанопору в солоному розчині з високим pH. Розчин допоміг створити електроосмотичний потік, тобто ДНК почала обертатися, потрапляючи в пору. Рух генерував достатньо сильну скручувальну силу, або крутний момент, що згорнув ДНК, пояснив Кейзер.
Кейзер та його команда також застосували електричну напругу до нанопори, щоб допомогти просунути ДНК та виміряти зміни електричного струму.
«У таких нанорозмірних системах все відбувається з дуже високим тертям, тому ДНК рухається майже так, ніби плаває крізь мед», — сказав Кейзер. «Це дуже в’язке середовище, тому відносно високі сили штовхають ДНК у цьому штопороподібному русі».
Зображення 1 з 3
(Автор зображення: Фей Чжен)
Сигнали нанопор двох клубків ДНК показують чіткі провали струму в електричному сигналі, що допомогло Кейзеру та його команді розрізнити їх.
(Автор зображення: Фей Чжен)
Три гіпотетичні клубки — плектонема, вузол та S-подібна форма — пронизують нанопору. Клубки, такі як вузли та плектонеми, проходять крізь неї, але простіші складки, такі як S-подібна форма, застрягають або розгортаються.
(Автор зображення: Фей Чжен)
Електроосмотичний потік змушує ДНК обертатися. Коли ДНК потрапляє в нанопору, потік рідини штовхає її вперед і змушує обертатися, створюючи крутний момент, який скручує нитку.
Дослідники проаналізували тисячі таких подій. Хоча деякі вузли все ж з'являлися в експерименті, вони, як правило, були меншими — приблизно 140 нанометрів у поперечнику, — тоді як плектонеми мали розмір близько 2100 нанометрів. Зі збільшенням напруги, що прикладалася до системи, плектонеми ставали більш поширеними через сильніший крутний момент.
Щоб додатково перевірити, як скручування впливає на поведінку ДНК, дослідники внесли невеликі розриви, які називаються надрізами, в один з ланцюгів подвійної спіралі ДНК. Ці надрізи дозволили ДНК легше обертатися та звільнити накопичену напругу, що, у свою чергу, призвело до утворення меншої кількості плектонем. Це підтвердило, що торсійне напруження є ключовим фактором формування цих структур.
«Коли ми контролювали здатність молекули обертатися, ми могли змінювати частоту появи плектонем», – сказав Кейзер.
Хоча нанопори дуже відрізняються від живих клітин, ці види плектонем також можуть утворюватися під час таких процесів, як транскрипція та реплікація ДНК. Транскрипція описує, коли код ДНК копіюється іншою молекулою, яка називається РНК, та транспортується в клітину. Реплікація описує, коли молекула ДНК повністю реплікується, що відбувається, наприклад, під час поділу клітини.
«Я вважаю, що кручення в молекулах може фактично призвести до утворення i-мотивів та G-квадруплексів», – сказав Кейзер виданню Live Science, назвавши два конкретних типи вузлів, що спостерігаються в ДНК. Тож те, що вони виявили в своєму лабораторному дослідженні, ймовірно, має значення для живих клітин, пояснив він.
ПОВ'ЯЗАНІ ІСТОРІЇ
—50 000 «вузликів», розкиданих по всій нашій ДНК, контролюють активність генів
— У клітинах людини щойно було виявлено таємничу нову форму ДНК
— Найкраща в історії карта геному людини виявляє «приховані» ділянки ДНК
Кейзер та його команда досліджують, як плектонеми та інші структури ДНК формуються під час природних процесів, таких як транскрипція. У попередній роботі вони досліджували, як торсійне напруження впливає на реплікацію ДНК. Нанопори дають вченим можливість не лише зчитувати ДНК, але й спостерігати за її поведінкою, підкреслюється в цьому дослідженні.
«Сам факт того, що молекула ДНК може протиснутися крізь пору, де її жорсткість, як вважається, набагато більша за діаметр пори, є досить вражаючим», – сказав Live Science Славен Гарадж, фізик з Національного університету Сінгапуру, який не брав участі в дослідженні. «Вона в 10, 50, навіть 100 разів жорсткіша за розмір пори. Тим не менш, вона згинається і проходить крізь неї».
Гарадж був у захваті від результатів дослідження. У майбутньому «ми, можливо, зможемо відокремити торсію, викликану нанопорами, від торсії, яка вже була в ДНК раніше. Це дозволить нам по-новому досліджувати природну суперспіралізацію», – додав він. Це було б важливо для розуміння того, як спіралі та вузли контролюють активність генів.
Лариса Г. Капелла, автор Live Science
Лариса Г. Капелла — наукова журналістка зі штату Вашингтон. У 2024 році вона отримала ступінь бакалавра з фізики та ступінь бакалавра з англійської літератури, що дозволило їй розпочати кар'єру, що поєднує обидві дисципліни. Вона пише переважно про екологічні, земні та фізичні науки, але завжди готова писати про будь-яку науку, яка викликає в неї цікавість. Її роботи публікувалися, серед іншого, в Eos, Science News, Space.com.
Ви повинні підтвердити своє публічне ім'я, перш ніж коментувати
Будь ласка, вийдіть із системи, а потім увійдіть знову. Після цього вам буде запропоновано ввести своє ім'я для відображення.
Вийти Читати далі
Вчені розкривають, як віруси, приховані в нашій ДНК, контролюють наші гени
Вчені виявили раніше невідому частину людських клітин
Нове дослідження підтверджує, що раса та генетика не дуже узгоджуються
Спеціальний захист може допомогти людським яйцеклітинам залишатися свіжими з віком організму
Чому ядро атома не кругле?
8 «гарячих точок» у геномі, пов’язаних з ME/CFS, у найбільшому дослідженні такого роду Найновіші новини в генетиці
Спеціальний захист може допомогти людським яйцеклітинам залишатися свіжими з віком організму
8 «гарячих точок» у геномі, пов’язаних з ME/CFS, у найбільшому дослідженні такого роду
Вчені стверджують, що люди можуть мати невикористані «суперсили» завдяки генам, пов'язаним зі сплячкою
Вчені розкривають, як віруси, приховані в нашій ДНК, контролюють наші гени
Найкраща карта геному людини виявляє «приховані» ділянки ДНК
8 немовлят врятовано від потенційно смертельних спадкових захворювань завдяки новому випробуванню ЕКЗ «донорство мітохондрій» Останні новини
Тисячі сомів-джмелів зняли на відео, коли вони піднімалися на водоспад.
Японія запускає свій перший власний квантовий комп'ютер
Зразок Бенну містить пил, старший за саму Сонячну систему
У Китаї вперше в історії здійснили спробу пересадки легень від свині людині людині зі смертю мозку
«Мінімозки» розкривають секрети формування ключових клітин мозку в утробі матері
Загадковий 300 000-річний грецький печерний череп не був ні людським, ні неандертальським, виявило дослідження ОСТАННІ СТАТТІ
Тисячі сомів-джмелів зняли на відео, яке раніше ніколи не бачили, коли вони піднімалися на водоспад.
Live Science є частиною Future US Inc, міжнародної медіагрупи та провідного цифрового видавництва. Відвідайте наш корпоративний сайт.
- Про нас
- Зверніться до експертів Future
- Умови та положення
- Політика конфіденційності
- Політика щодо файлів cookie
- Заява про доступність
- Рекламуйтеся у нас
- Веб-сповіщення
- Кар'єра
- Редакційні стандарти
- Як запропонувати нам історію
© Future US, Inc. Повний 7-й поверх, 130 West 42nd Street, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, 10036.
var dfp_config = { “site_platform”: “vanilla”, “keywords”: “type-news-daily,serversidehawk,videoarticle,van-enable-adviser-
Sourse: www.livescience.com