Молекулы ДНК несут одинаковый отрицательный заряд, а значит, по законам физики должны отталкиваться. Но внутри живых клеток они постоянно соединяются попарно — без этого невозможны генетическая рекомбинация, подавление генов, упаковка хромосом и процессы, связанные с развитием рака. Как именно это происходит, оставалось загадкой больше 20 лет.
Ответ дал совместный проект исследователей из Шеффилдского и Йоркского университетов (Великобритания). С помощью атомно-силовой микроскопии команда впервые получила прямое изображение двух двойных спиралей ДНК, сцепленных друг с другом. Снимки показали, как фрагменты совмещаются с поразительной точностью — бороздка к бороздке.
Компьютерное моделирование раскрыло роль ионов. Положительно заряженные ионы металлов — никеля, магния и кальция — встраиваются в бороздки между спиралями и работают как молекулярные мостики, фиксируя нити вместе. Двузарядные ионы действуют как два рычага, удерживая обе спирали. Работа опубликована в журнале Nucleic Acids Research.
Впервые появилась возможность напрямую визуализировать этот давно предполагаемый механизм. Передовые методы визуализации, которыми мы располагаем, позволили нам обнаружить эти ключевые взаимодействия в ДНК, которые влияют на многие клеточные процессы
Полученные данные подтверждают теорию, известную как модель «ДНК-молнии». Ее больше двух десятилетий назад предложил профессор Алексей Корнышев из Имперского колледжа Лондона. Согласно модели, ионы соли создают чередующиеся зарядовые паттерны, позволяющие молекулам ДНК выстраиваться подобно спиральным лестницам.
Выяснилось, что спаривание происходит неравномерно. Отдельные последовательности образуют более прочные контакты, формируя «горячие точки» — участки генома, где вероятность совпадения спиралей особенно высока. Это поможет найти участки генома, приобретающие особое значение, когда мутации ведут к развитию рака.
Некоторые последовательности ДНК могут не кодировать белки, а определять, где молекулы взаимодействуют друг с другом, помогая геному формировать структуры более высокого порядка, например, хромосомы. Ученые надеются, что программируемые взаимодействия ДНК помогут инженерам создавать структуры для будущих биотехнологий, таких как ДНК-оригами.
Ранее Наука Mail рассказывала, что встроенные РНК-метки могут изменять структуру ДНК.