Почему аномальные молекулы ДНК из четырех цепочек приводят к появлению рака

Две тонкие нити, скрученные вместе в спираль – вот известная всем форма молекулы ДНК. Но иногда ДНК может образовывать редкую четверную спираль, и эта странная структура странным образом связана с раковыми заболеваниями.

Об четырехцепочечных ДНК, известных как G-квадруплексы, известно немного. Недавно ученые разработали новый способ обнаружения этих странных молекул и наблюдения за их поведением в живых клетках

В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications, команда описала, как определенные белки вызывают распад G-квадруплекса; в будущем их работа может привести к созданию новых лекарств, которые захватывают четырехспиральную ДНК и нарушают ее активность. Например, лекарственные препараты могут вмешиваться, когда нечетная ДНК способствует росту раковой опухоли.

«Растет количество доказательств того, что G-квадруплексы играют важную роль в большом количестве процессов, жизненно важных как для здорового организма, так и для целого ряда заболеваний», — пишет автор исследования Бен Льюис с факультета химии Имперского колледжа Лондона.

Согласно заявлению, в целом, G-квадруплексы возникают в раковых клетках гораздо чаще, чем в клетках здоровых.

Различные исследования связывают наличие четырехцепочечной ДНК с быстрым делением раковых клеток, — процессом, который приводит к росту опухоли. Поэтому ученые предположили, что нацеливание на странную ДНК с помощью лекарств может замедлить или остановить это необузданное деление клеток. Некоторые исследования уже подтверждают эту идею.

«Но недостающим звеном было отображение этой структуры непосредственно в живых клетках», — поясняет Льюис. Другими словами, ученым нужен был более надежный способ наблюдения за этими молекулами ДНК в действии.

G-квадруплексы могут образовываться либо когда одна двухцепочечная молекула ДНК складывается сама по себе, либо когда несколько цепей ДНК соединяются в одной нуклеиновой кислоте, известной как гуанин — один из строительных блоков ДНК.

Чтобы обнаружить эту причудливую ДНК в клетках, команда использовала химическое вещество под названием DAOTA-M2, которое излучает флуоресцентный свет, когда связывается с G-квадруплексами. Вместо того, чтобы измерять только яркость света, которая меняется в зависимости от концентрации молекул ДНК, команда также отслеживала, как долго светились молекулы.

Отслеживание того, как долго сохраняется свет, помогло команде увидеть, как прочие различные молекулы взаимодействуют с четырехцепочечной ДНК в живых клетках. Когда молекула цепляется за нить ДНК, она вытесняет светящийся DAOTA-M2, в результате чего свет гаснет быстрее, чем если бы химическое вещество оставалось на месте. Используя эти методы, команда определила два белка, называемые геликазами, которые раскручивают нити четырехцепочечной ДНК и запускают процесс их разрушения.

Они также идентифицировали другие молекулы, которые связываются с ДНК. Будущие исследования подобных молекулярных взаимодействий могут помочь ученым разработать лекарства, влияющие на множество клеточных процессов и способные спасти человека даже от серьезных патологий.