Eine geheimnisvolle neue Form der DNA wurde gerade in menschlichen Zellen entdeckt

Wenn man an DNA denkt, ist die Wahrscheinlichkeit groß, dass man sich die berühmte Doppelhelix vorstellt, eine leiterähnliche Struktur, die elegant wie ein Korkenzieher gedreht ist.

Aber DNA nimmt diese Form nicht immer an. Die Existenz einer Form von DNA in Menschen, insbesondere - ein viersträngiger Knoten des genetischen Codes - ist seit Jahren unter Wissenschaftlern umstritten. Weil dieses sogenannte i-Motiv saure Umgebungen liebt (eine Bedingung, die Wissenschaftler im Labor schaffen können, aber nicht natürlich im Körper auftreten), dachten viele Wissenschaftler, dass es in menschlichen Zellen möglicherweise nicht existieren könnte.

Aber in den letzten Jahren haben Studien auf die Möglichkeit hingewiesen, dass diese bizarre Form der DNA tatsächlich in lebenden Menschen existieren könnte. Nun gibt eine neue Studie, die heute (23. April) in der Zeitschrift Nature Chemistry veröffentlicht wurde, den ersten direkten Beweis dafür, dass sie existiert und dass sie eine wichtige Rolle bei der Regulierung unserer Gene spielen könnte. [Entwirren des menschlichen Genoms: 6 molekulare Meilensteine]

"Vorher war es eine Art akademische Idee, dass DNA sich so falten könnte, aber es war überhaupt nicht bekannt, was es für die Biologie bedeutete", sagte der leitende Studienautor Marcel Dinger, Leiter des Kinghorn Center for Clinical Genomics am Garvan Institut für medizinische Forschung in Sydney. Die Beobachtung dieser i-Motive in lebenden menschlichen Zellen "war ziemlich spektakulär", sagte er.

Um die i-Motive zu erkennen, entwickelten Dinger und sein Team einen Antikörper - ein Protein, das auf fremde Eindringlinge im Körper abzielt -, um gezielt i-Motive zu finden und zu verriegeln. Sie markierten diese Antikörper mit einem Fluoreszenzfarbstoff und injizierten sie dann in menschliche Zellen im Labor. Mit Hilfe leistungsfähiger Mikroskope entdeckten sie einen Haufen winziger, leuchtender, grüner Punkte - farbiger Antikörper, die sich an flüchtigen i-Motiven festhielten.

Laut Dinger bestand der schwierigste Teil der Veröffentlichung darin, dass der Antikörper nur auf i-Motiven und nicht auf anderen DNA-Formen lag. Dazu testeten sie, wie der Antikörper mit anderen DNA-Formen interagierte, wie die klassische Doppelhelix und eine besser untersuchte Struktur, die mit dem i-Motiv in Zusammenhang steht und den G4-Quadruplex genannt wird. Sicher genug, der Antikörper erwies sich als treu - er war nicht an eine dieser anderen Formen gebunden.

"Dies ist eine sehr aufregende Entdeckung", sagte Zoe Waller, Dozentin für chemische Biologie an der Universität von East Anglia in Großbritannien, die nicht an der Studie beteiligt war. "Diese Arbeit ist das Tüpfelchen auf dem jetzt ziemlich großen Kuchen der Beweise, dass diese [Formen von DNA] existieren in vivo und sind es wert, weiter zu studieren. "

Eine Rolle in der Regulierung

Was das Team wirklich faszinierte, sagte Dinger gegenüber Live Science, war nicht nur, dass diese i-Motive in lebenden Zellen existierten, sondern dass diese grünen Lichter ein- und ausblinkten - was bedeutete, dass die i-Motive sich falteten und dann immer wieder entfalteten. Insbesondere fanden die Forscher heraus, dass die DNA während einer bestimmten Phase der Transkription mit höheren Raten zu i-Motiven gefaltet wurde - der Prozess, der die Translation von Genen in Proteine ​​auslöst - als die DNA gerade aktiv transkribiert wurde. Später entfaltete sich die DNA wieder in ihrer üblichen Form und die i-Motive verschwanden. Laut Dinger bedeutet dies wahrscheinlich, dass die i-Motive eine sehr spezifische Rolle bei der Regulierung des Transkriptionsprozesses spielen.

In der Tat unterstützt diese Studie frühere Forschungsergebnisse in Laborgerichten, dass diese Falten in Bereichen auftreten, die Gene regulieren. Diese Bereiche umfassen die äußersten Enden von Chromosomen, die "Telomere" genannt werden, von denen man annimmt, dass sie beim Altern eine Rolle spielen, und Regionen, die Promotoren genannt werden, die damit beauftragt sind, Gene ein- und auszuschalten.

Aber trotz der Kenntnis einiger Regionen, in denen diese Falten auftreten können, wissen die Forscher noch nicht, welche Gene die Falten steuern oder was passiert, wenn Sie die Zelle stören, so dass sie diese Strukturen nicht bilden kann.

"Es gibt so viel von dem Genom, das wir nicht verstehen, wahrscheinlich wie 99 Prozent davon", sagte Dinger. Die DNA, die in lebenden Zellen so gefaltet ist, "macht es möglich, diese Teile des Genoms zu entschlüsseln und zu verstehen, was sie tun."

Tatsächlich sind diese merkwürdigen Falten wahrscheinlich in jeder unserer Zellen vorhanden, sagte Dinger. Und da das Genom im Vergleich zu regulär geformter DNA weniger Faltungen aufweist, könnten Medikamente, die auf DNA zielen, in der Lage sein, im Vergleich zu nicht-gefalteten Regionen spezifischer zu binden, sagte er.

Diese Arten von Medikamenten könnten zum Beispiel für die Krebsbehandlung hilfreich sein. Ein Problem bei bestimmten Krebstherapien ist, dass sie nicht selektiv genug sind, um die problematischen DNS-Abschnitte anzusteuern, sagte Laurence Hurley, Professor an der Universität von Arizona und leitender wissenschaftlicher Mitarbeiter von Reglagene, einem Unternehmen, das therapeutische Moleküle entwickelt, um vier zu erreichen -strängige DNA wie i-Motive. Stattdessen könnten Krebsmedikamente auch an andere Teile der DNA anhaften, was zu möglicherweise schädlichen Nebenwirkungen führen könnte, sagte Hurley, der nicht Teil der neuen Studie war.

"Ich habe darauf gewartet, dass eine Zeitung wie diese für eine lange Zeit herauskommt", sagte Hurley zu Live Science. "Dies stellt eine solide Grundlage für eine große therapeutische Anstrengung rund um diese neuen Strukturen dar, und es beseitigt die Zweifel, ob die Menschen hatten, ob diese Strukturen real und von biologischer Bedeutung waren."

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