Привычный еще со школьной скамьи вид двухцепочечной спирали ДНК — не единственная форма, которую приобретает эта молекула. Изредка она причудливо закручивается четырьмя цепочками и в таком состоянии часто встречается в опухолевых клетках. Ученым впервые удалось зафиксировать эту форму ДНК в действии, что поможет лучше ее изучить и создать новые лекарства от рака.

Команда биологов из Имперского колледжа Лондона опубликовала результаты своей работы в рецензируемом журнале Nature Communications. Ученые использовали специальное химическое соединение DAOTA-M2, которое избирательно прикрепляется к четырехцепочечной ДНК и при этом светится. Так удалось непосредственно наблюдать внутриклеточные процессы, в которых задействована эта необычная молекула.

По длительности свечения и яркости излучаемого света оценивали интенсивность и время протекающих реакций. Когда другая молекула прикрепляется к ДНК, она заменяет DAOTA-M2, и флуоресцирующее соединение становится ярче. Таким образом, самые интенсивно светящиеся области в клетке могут быть, например, областью наиболее активной транскрипции дезоксирибонуклеиновой кислоты.

Ученым удалось идентифицировать два специфических протеина из класса хеликаз. Они специализируются на четырехцепочечной структуре, разматывают ее и начинают процесс уничтожения аномальной ДНК. Еще две обнаруженные молекулы, предпочитающие подобную форму дезоксирибонуклеиновой кислоты, предстоит изучить подробнее — их роль не до конца ясна.

Свечение DAOTA-M2 в клетках, показывающее его присутствие. Чем ближе цвет на рисунке к синему, тем дольше пигмент наблюдался. В зависимости от условий, время существования DAOTA-M2 было разным, а значит отличалась и интенсивность формирования G-квадруплексов / ©Summers, P.A., Lewis, B.W., Gonzalez-Garcia, J. et al. Visualising G-quadruplex DNA dynamics in live cells by fluorescence lifetime imaging microscopy. Nat Commun 12, 162 (2021). https://doi.org/…-020-20414-7

Новый метод британских биологов потенциально способен значительно продвинуть вперед разработку целого нового класса противораковых препаратов. Последние годы сразу несколько групп исследователей рассматривают четырехцепочечную ДНК в качестве мишени для терапии. Но, поскольку ее функции в опухолевых клетках были не до конца понятны, процесс двигался довольно медленно.

Такую аномальную форму дезоксирибонуклеиновой кислоты называют G-квадруплексом. Обычно она встречается в клетках микроорганизмов, а у животных, тем более млекопитающих, до 2014 года четырехцепочечные молекулы ДНК не фиксировали. Позднее выяснилось, что чаще всего G-квадруплекс формируется в опухолевых клетках. Однако причины такого поведения не совсем понятны — ясно только, что повышенное содержание четырехцепочечной ДНК связано с ускоренным ростом раковых тканей.

Известно два способа формирования G-квадруплексов. В первом случае одна двухцепочечная молекула ДНК складывается особым образом. Альтернативный вариант — несколько цепочек дезоксирибонуклеиновой кислоты сворачиваются вокруг гуанина. В этом случае они изначально могли принадлежать как двум, так и трем или даже четырем отдельным молекулам.