Πριν από μερικούς μήνες οι επιστήμονες διαπίστωσαν την παρουσία μίας νέας δομής DNA που δεν είχε παρατηρηθεί μέχρι σήμερα σε ζωντανά κύτταρα.
Η ανακάλυψη αυτού που περιέγραψαν ως «συνεστραμμένο κόμπο» DNA (twisted knot) στα ζωντανά κύτταρα επιβεβαιώνει ότι ο σύνθετος γενετικός μας κώδικας περιλαμβάνει περισσότερες δομές από τη διπλή έλικα με την οποία οι περισσότεροι σχετίζουν το DNA. Σημαντικότερα, οι διαφορετικές αυτές δομές επηρεάζουν τον τρόπο με τον οποίο λειτουργεί η βιολογία μας.
«Οι περισσότεροι από εμάς έχουμε συσχετίσει το DNA με τη μορφή της διπλής έλικας», είπε ο ερευνητής Ντάνιελ Κρίστ από το Garvan Institute of Medical Research στην Αυστραλία, όταν η έλικα ανευρέθηκε για πρώτη φορά τον προηγούμενο Απρίλιο.
«Η νέα αυτή έρευνα μάς υπενθυμίζει ότι υπάρχουν διαφορετικές μορφές DNA και έχουν ιδιαίτερη σημασία για τα κύτταρά μας».
Το συστατικό του DNA που ανακάλυψαν οι ερευνητές ονομάζεται intercalated motif (i-motif) και είχε ανακαλυφθεί για πρώτη φορά από επιστήμονες στη δεκαετία του 1990, ωστόσο μέχρι σήμερα είχε εντοπιστεί μόνο in vitro και όχι σε ζωντανά κύτταρα.
Χάρη στην ομάδα του Κρίστ, γνωρίζουμε σήμερα ότι το i-motif μπορεί να εμφανιστεί φυσιολογικά και σε ανθρώπινα κύτταρα, γεγονός που δείχνει ότι η δομή αυτή έχει σημασία για την κυτταρική βιολογία. Το γεγονός αυτό απαιτεί να εξεταστεί η δομή αυτή από νέες έρευνες, καθώς πλέον επιβεβαιώνεται ότι δεν εμφανίζεται μόνο στο εργαστήριο.
Αν γνωρίζετε μόνο τη διπλή έλικα του DNA που έγινε γνωστή από τους Watson και Crick, η δομή του i-motif θα σας προκαλέσει μεγάλη έκπληξη.
«Το i-motif ένα πλέγμα DNA με 4 αλυσίδες», εξήγησε ο γενετιστής Μαρσέλ Ντίνγκερ, ένας από τους συντελεστές της έρευνας.
«Στη δομή αυτή, η βάση της κυτοσίνης (C), στην ίδια αλυσίδα του DNA προσδένεται με μία άλλη κυτοσίνη. Στη διπλή έλικα που ξέρουμε, οι βάσεις των δύο αλυσίδων αναγνωρίζουν η μία την άλλη με αποτέλεσμα η κυτοσίνη να προσδένεται σε μία γουανίνη (G)».
Σύμφωνα με τον Μάντι Ζεραάτι, τον κύριο συγγραφέα της μελέτης, το i-motif είναι μόλις μία από τις δομές του DNA που δεν ομοιάζουν τη μορφή της διπλής έλικας. Άλλα παραδείγματα είναι το A-DNA, το Z-DNA, το DNA τριπλής έλικας και η σταυροειδής μορφή του DNA, τα οποία επίσης βρίσκονται στα κύτταρά μας.
Μία άλλη μορφή DNA, που λέγεται G4 DNA, παρατηρήθηκε για πρώτη φορά από ερευνητές στα ανθρώπινα κύτταρα το 2013. Οι επιστήμονες αυτοί είχαν χρησιμοποιήσει ένα τεχνητό αντίσωμα για να αποκαλύψουν την παρουσία των κυττάρων αυτών.
Στην έρευνα που δημοσιεύτηκε τον Απρίλιο, ο Ζεραάτι και οι συενεργάτες του χρησιμοποίησαν την ίδια τεχνική και ανέπτυξαν ένα εμήμα αντισώματος, το iMab, το οποίο μπορούσε να αναγνωρίσει και να προσδεθεί ειδικά στα i-motif.
Μπόρεσαν έτσι να αποκαλύψουν την τοποθεσία της δομής αυτής στο κύτταρο με ανοσοφθορισμό.
«Αυτό που μας ενθουσίασε περισσότερο ήταν το γεγονός ότι μπορούσαμε να δούμε τις πράσινες εστίες (δηλαδή τα i-motif) να εμφανίζονται και να εξαφανίζονται, κάτι που σημαίνει ότι σχηματίζονται, διαλύονται και μετά σχηματίζονται εκ νέου», είπε ο Ζεραάτι.
Αν και υπάρχουν ακόμα πολλά να μάθουμε σχετικά με τις λειτουργίες της δομής i-motif, τα ευρήματα δείχνουν ότι γενικά σχηματίζεται αργά στον κυτταρικό «κύκλο ζωής» και ιδιαίτερα κατά τη φάση G1, κατά την οποία «διαβάζεται» το DNA.
Τα i-motif τείνουν επίσης να εμφανίζονται στις περιοχές του DNA που ελέγχουν αν ένα γονίδιο είναι ενεργό ή όχι, αλλά και στα τελομερή, τις περιοχές δηλαδή που σχετίζονται με τη γήρανση.
«Πιστεύουμε ότι ο κύκλος των i-motif προσφέρει κάποια στοιχεία σχετικά με τη λειτουργία τους», είπε ο Ζεραάτι.
«Φαίνεται ότι εμπλέκονται στην ενεργοποίηση ή απενεργοποίηση των γονιδίων και καθορίζουν αν ένα γονίδιο εκφράζεται ή όχι».
Τώρα που γνωρίζουμε πλέον με βεβαιότητα ότι η μορφή αυτή του DNA υπάρχει στο εσωτερικό των κυττάρων, περισσότεροι επιστήμονες θα διερευνήσουν το ρόλο τους στον οργανισμό μας.
Όπως εξηγεί ο Ζεραάτι, οι απαντήσεις μπορεί να είναι ιδιαίτερα σημαντικές, όχι μόνο για το i-motif, αλλά και για τα A-DNA, Z-DNA, το DNA τριπλής έλικας και το σταυροειδές DNA.
«Οι διαφορετικοί αυτοί σχηματισμοί του DNA μπορεί να είναι σημαντικοί για τις πρωτεΐνες των κυττάρων. Υπάρχει αυτή τη στιγμή η θεωρία ότι βοηθούν τις πρωτεΐνες να αναγνωρίσουν τις διάφορες αλληλουχίες του DNA έτσι ώστε να ασκήσουν τη ρυθμιστική τους δράση», εξήγησε ο Ζεραάτι.
«Επομένως, οι δομές αυτές ενδέχεται να έχουν τεράστια σημασία για τη φυσιολογική λειτουργία του κυττάρου. Επίσης, οποιαδήποτε διαταραχή των δομών αυτών μπορεί να έχει σημαντικές παθολογικές συνέπειες».
Η έρευνα δημοσιεύτηκε στο Nature Chemistry.
Βιβλιογραφία: ScienceAlert
Φωτογραφία: distillated (CC BY 2.0)