Вооружившись новыми инструментами, позволяющими захватить одиночные нити ДНК и растянуть их как эластичную ленту, ученые Университета Райса работают над разгадкой современной геномики.

Согласно информации журнала Physical Review Letters, ученые обнаружили новые подсказки, рассказывающие о физической структуре нечетных сегментов ДНК, которые имеют только одно ДНК-основание – аденин, повторяющийся в ряду множество раз.

Эти таинственные поли (dA)-повторы разбросаны по всему человеческому геному. За последние десять лет ученые обнаружили такие повторы в геномах животных, растений и других видов. Однако ученые не могут объяснить, какую функцию они выполняют, почему там находятся и появляются только с ДНК-основанием «аденином», а не с тремя другими ДНК-основаниями – цитозином, гуанином, тимином.

«В предыдущих исследованиях поли-dA предполагалось, что адениновые основания складываются по определенному образцу, – сказала Чинг-Ва Кьянг (Ching-Hwa Kiang), соавтор нового исследования и доцент физики и астрономии в Райсовском Университете. – В нашем исследовании мы сосредоточились на том, что происходит, когда одиночные нити поли-dA растягиваются и эти стэки разрываются».

Исследовательская группа Кьянг специализируется на изучении физических и механических свойств белков и нуклеиновых кислот, основным инструментом ученых является атомно-силовая микроскопия (АСМ). С практической точки зрения, АСМ напоминает крошечную иглу музыкального проигрывателя (патефона). По размеру острие иглы – не больше нескольких атомов в ширину, игла находится на конце манипулятора, который двигается вверх и вниз по поверхности, таким образом измеряя ее. В то время как нанотехнологи используют АСМ для измерения толщины образца, группа Кьянг решила использовать ее иначе.

В ходе эксперимента Кьянг нанесла тонкое покрытие из белков, которые она хотела изучить, на плоскую поверхность. Все это поместили в атомно-силовой микроскоп, чтобы игла, чутко реагирующая на рельеф поверхности, опускалась глубоко и захватывала концы одного из белков. При оттягивании иглы назад, белок распутывался.

Все белки, складываясь, принимают характерную форму. Если их не вытащить, они, как крошечные пружины, находятся в компактном и энергоэкономичном состоянии.

Команда Кьянг выяснила, что поли-dA ведут себя иначе, в зависимости от скорости, с которой их растягивают. Когда игла АСМ двигается быстро, сегменты поли-dA ведут себя так же, как и другие сегменты одиночной нити ДНК. Но когда движение АСМ замедляется, количество усилий, необходимых для растягивания poly(dA), меняется: на двух отдельных участках нить удлинялась на небольшие расстояния без каких-либо дополнительных усилий.

«Как правило, одиночные нити ДНК ведут себя как резинка: сопротивление увеличивается по мере растяжения, – сказала Кьянг. – У поли-dA мы увидели две точки, где этого не произошло. Получилось так, как будто вам тянуть все труднее, и вдруг, на какое-то короткое время, резинка тянется без каких-либо посторонних усилий».

По словам Кьянг, точные причины и смысл явления пока остается неясным. Но ученым известно, что двойная ДНК должна быть поднята на отдельных участках, чтобы клеточный механизм смог прочитать генетический код и превратить его в белки. Существует предположение, что повторения аденина играют роль в упорядочении геномной информации. Кьянг сообщила, что новые данные создали еще больше вопросов о той роли, которую повторы могут сыграть в генном регулировании, упаковке геномов и противораковой терапии.