Большинство из нас слышали о двойной спирали. Но четырехспиральная ДНК?
Мы помним двойную спираль из уроков естествознания, этот изящный вихрь генов, из которых состоит вся жизнь на Земле. Напротив, четырехцепочечная ДНК звучит как что-то из научно-фантастического фильма ужасов. Может быть, что-то связанное с клонированным монстром, который выбирается и разрушает город, пока небольшая группа отважных героев не уничтожит его. Хотя это звучит фантастически, у всех нас есть четырехцепочечная ДНК. И на самом деле, в нем замешано настоящее чудовище. Но отважная группа ученых, обнаруживших его, может раскрыть его потенциал для борьбы с этой серьезной и реальной болезнью, которая потенциально угрожает всем нам.
Недавнее исследование, проведенное Кембриджским университетом в Великобритании, показало, что четырехцепочечная ДНК может предложить новые мишени для лечения рака. Они контролируют определенные гены, особенно те, которые связаны с раком. Это открытие, опубликованное в журнале Nature Genetics, может также способствовать развитию небольшого, но растущего сектора, известного как персонализированная медицина. Чем больше у нас информации о генетическом составе пациента, тем лучше мы можем диагностировать, лечить и даже предотвращать заболевания.
Одной из проблем современных методов лечения рака является то, что они атакуют все клетки без разбора. Химиотерапия, например, повреждает как здоровые клетки, так и раковые. При таргетной терапии повреждаются только раковые клетки, не затрагивая здоровые. Для этого исследователи должны выяснить, что уникального в раковых клетках. Возможно, теперь они обнаружили один важный аспект.
Химиотерапевтические препараты имеют серьезные побочные эффекты и повреждают как раковые, так и здоровые клетки. Ученые ищут варианты, которые нацелены только на рак.
Четырехцепочечная ДНК известна как G-квадруплексы, потому что они встречаются в участках ДНК с большим количеством гуанина или G. Это одна из четырех основных нуклеиновых кислот, составляющих РНК и ДНК. Другие включают аденин (А), цитозин (С) и тимин (Т). Уотсон и Крик открыли двойную спираль около шестидесяти лет назад и описали ее как извилистую лестницу.
G-квадруплексы больше похожи на многоэтажную башню. Каждый этаж известен как тетрада. Гуанин (G) находится во всех четырех углах на каждом этаже и удерживается на месте водородными связями. Исследователи из Кембриджа также обнаружили, что нить ДНК может сворачиваться в G-квадруплекс.
Те ученые, которые впервые открыли четырехцепочечную ДНК несколько лет назад, стоят за этим открытием. Профессор Шанкар Баласубраманян был старшим автором исследования. Он профессор медицинской химии в университете и исследователь Кембриджского института исследований рака Великобритании.
Поначалу было много теорий о том, как G-квадруплексы могут быть связаны с раком. «Но мы обнаружили, что даже в нераковых клетках эти структуры появляются и исчезают таким образом, что это связано с включением или выключением генов», - сказал Баласубраманян.
Модель G-квадраплекса. Изображение TimVickers из английской Википедии (перенесено из en.wikipedia в Commons.) [Общественное достояние], через Wikimedia Commons
В этом исследовании профессор и его команда использовали небольшие молекулы для изменения предраковых клеток с целью поиска G-квадруплексов. Было обнаружено около 10 000, в основном в областях, которые контролируют поведение генов. Они были особенно заметны вокруг генов, связанных с раком.
Доктор. Роберт Гензель-Хертч был ведущим автором этого проекта. Он является постдокторским научным сотрудником в университете. Гензель-Хертш сказал, что G-квадруплексы были обнаружены в областях генома, известных своей транскрипцией или переписыванием ДНК в другие клетки. Они также контролируют функционирование и, в конечном счете, судьбу клеток.
«Открытие того, что эти структуры могут помочь регулировать способ кодирования и декодирования информации в геноме, изменит наши представления о том, как работает этот процесс», - сказал он. Теперь исследователи считают, что четырехцепочечная ДНК действует подобно эпигенетическим меткам в процессе, известном как метилирование.
Это исследование предполагает, что четырехцепочечная ДНК может стать следующей мишенью для нового и точного лечения рака. По словам профессора Баласубраманяна, раковые клетки хорошо реагируют на небольшие молекулы, взаимодействующие с G-квадруплексами. Это говорит о том, что эти структуры могут существовать в большом количестве в предраковых и раковых клетках.
Когда-нибудь лечение рака может свести к переключению нескольких биохимических «переключателей», останавливающих размножение и распространение рака. По этому поводу профессор Баласубраманян сказал: «Выяснение фундаментальных процессов, которые раковые клетки используют для включения и выключения генов, может помочь ученым разработать новые методы лечения, которые работают против многих типов заболеваний.”