Oamenii de știință au descoperit că structurile de răsucire în ADN -ul greșit de mult timp cu noduri sunt de fapt altceva în întregime.
În interiorul celulelor, ADN Se răsuciți, copiați și se desprind. Twisturile pot influența modul în care funcționează genele, afectând care sunt pornite și când. Studierea modului în care ADN -ul răspunde la stres poate ajuta oamenii de știință să înțeleagă mai bine modul în care genele sunt controlate, modul în care este organizată molecula și modul în care problemele cu aceste procese ar putea contribui la boală.
De ani buni, cercetătorii folosesc nanopore – găuri minuscule suficient de largi pentru ca o singură catenă ADN să alunece – pentru a citi secvențele ADN rapid și ieftin. Aceste sisteme funcționează prin măsurarea curentului electric care curge prin nanopore. Când trece o moleculă de ADN, acesta perturbă curentul într -un mod distinct care corespunde cu fiecare dintre cele patru „litere” care alcătuiesc codul ADN -ului: A, T, C și G.
Încetinirea neașteptată sau vârfurile din acest semnal au fost adesea interpretate ca noduri în ADN. Dar acum, un nou studiu publicat pe 12 august în Jurnal Recenzie de fizică x constată că aceste modificări ale semnalului pot semnifica și plectoneme, care sunt bobine naturale care se formează atunci când ADN -ul se răsucește sub stres.
„Nodurile și plectonemele pot arăta foarte asemănătoare în semnalele nanopore”, autorul studiului principal Keyser Ulricha declarat fizician la Laboratorul Cavendish al Universității din Cambridge, Live Science. “Dar provin din mecanisme fizice foarte diferite. Nodurile sunt ca niște încurcături strânse; plectonemele seamănă mai mult cu arcurile înfășurate, formate din cuplu.”
Pentru a studia aceste bobine, cercetătorii au trecut o șuviță ADN printr-un nanopore în formă de con într-o soluție sărată cu un pH ridicat. Soluția a ajutat la crearea unui flux electroosmotic, ceea ce înseamnă că ADN -ul a început să se rotească pe măsură ce a intrat în por. Mișcarea a generat o forță de răsucire suficient de puternică, sau un cuplu, încât a înfășurat ADN -ul, a explicat Keyser.
Keyser și echipa sa au aplicat, de asemenea, o tensiune electrică pe nanopore pentru a ajuta la conducerea ADN -ului și a măsura modificările curentului electric.
“În aceste tipuri de sisteme la nano -scală, totul este o frecare foarte ridicată, așa că ADN -ul se mișcă aproape ca și cum ar înota prin miere”, a spus Keyser. “Este un mediu foarte vâscos, astfel încât forțele relativ înalte împing ADN -ul în această mișcare de tirbușon.”
Semnalele nanopore ale celor două încurcături ADN arată scufundări de curent distincte în semnalul electric care a ajutat Keyser și echipa sa să le spună.
Cercetătorii au analizat mii de aceste evenimente. În timp ce unele noduri au apărut încă în experiment, acestea au avut tendința de a fi mai mici – aproximativ 140 de nanometri – în timp ce plectonemele erau de aproximativ 2.100 de nanometri. Pe măsură ce tensiunea aplicată sistemului a fost crescută, plectonemele au devenit mai frecvente din cauza unui cuplu mai puternic.
Pentru a testa în continuare modul în care răsucirea afectează comportamentul ADN -ului, cercetătorii au introdus mici pauze, numite Nicks, într -un singur fir de dublă helix a ADN -ului. Aceste nicks au permis ADN-ului să se rotească mai ușor și să elibereze tensiunea construită, care, la rândul său, a provocat formarea mai puține plectoneme. Acest lucru a confirmat că stresul torsional este un motor cheie al formării acestor structuri.
„Când am controlat capacitatea moleculei de a se roti, am putea schimba cât de des au apărut plectoneme”, a spus Keyser.
Deși nanoporii sunt foarte diferiți de celulele vii, aceste tipuri de plectoneme se pot forma și în timpul proceselor precum transcripția ADN -ului și replicarea. Transcrierea descrie când codul ADN -ului este copiat de o altă moleculă, numită ARNși a fost expediat în celulă. Replicarea descrie când molecula de ADN este replicată integral, ceea ce se întâmplă atunci când o celulă se împarte, de exemplu.
„Cred că torsiunea din molecule poate da naștere la formarea de I-Motifs și G-quadruplexele“, A spus Keyser Science, dând numele a două tipuri specifice de noduri văzute în ADN. Deci, ceea ce au găsit în studiul lor de laborator are probabil implicații pentru celulele vii, a explicat el.
Keyser și echipa sa au investigat modul în care se formează plectonemele și alte structuri ADN în timpul proceselor naturale, cum ar fi transcrierea. În Lucrare anterioarăau explorat modul în care stresul torsional afectează replicarea ADN -ului. Nanoporii oferă oamenilor de știință o modalitate de a citi nu numai ADN -ul, ci și pentru a urmări cum se comportă, subliniază acest studiu.
“Doar faptul că molecula de ADN poate strecura prin pori, unde se presupune că rigiditatea sa este mult mai mare decât diametrul porilor, este destul de uimitor,” Slaven Garaja declarat pentru Live Science, un fizician la Universitatea Națională din Singapore care nu a făcut parte din studiu. “Este de 10, 50, chiar de 100 de ori mai rigid decât dimensiunea porilor. Totuși, se îndoaie și trece.”
Garaj a fost încântat de constatări. În viitor, „am putea fi capabili să separăm torsiunea indusă de nanopore de torsiunea care era deja în ADN înainte. Acest lucru ne-ar putea lăsa să explorăm suprapunerea naturală în moduri noi”, a adăugat el. Acest lucru ar fi important pentru a înțelege modul în care bobinele și nodurile controlează activitatea genelor.