Направи дарение на училище!

Автор: Невена Христозова

Повече от 60 години след откриването на структурата на ДНК, молекулата на живота продължава да ни изненадва и разкрива тайните си една по една. Двойната спирала – елегантно проста и изумително сложна, далеч не е само това!

От 1953 година насам, почти няма човек, който да не знае, че ДНК (молекулата, която съхранява и предава генетичния код на почти всички организми на Земята) образува двойна спирала от две допълващи се (комплементарни) вериги. Откритието на екипа на д-р Уотсън и Крик остава едно от най-значимите в съвременната наука – те представят модела на т.нар. Б-ДНК, която е дясно-въртящата спирала и е формата, под която ДНК се намира в нашите клетки при нормални условия. И все пак – от самото потвърждаване на този модел, няколко форми на двойни спирали с различна симетрия биват наблюдавани в лабораторни експерименти – най-често срещаните са А- (по-компактна форма на Б-ДНК) и Зет- (ляво-въртяща ДНК двойна спирала). Докато А-ДНК се среща в ектремни стресови условия на средата, Зет-ДНК винаги е представлявала по-сериозен проблем за учените – някои смятат, че тази форма се приема от ДНК по време на транскрипцията (една от стъпките по пътя на синтезиране на белтък, кодиран от ДНК), но дебатите по въпроса все още продължават. Така или иначе, съществуването на ДНК под формата на двойна спирала е факт, общоприет, както в научните среди, така и сред широката публика, но ДНК продължава да ни изненадва и до днес с разнообразието си.

Разбери повече за БГ Наука:

***

Оказва се, че в живите организми ДНК може да съществува под форма много различна и значително по-сложна от двойната спирала. Екип от университета в Умео в Швеция доказа, че функционална ДНК може да се намира и под формата на впечатляваща четворна спирала (т.нар. quadruplex DNA). Както става ясно, региони от ДНК богати на Гуанин (една от четирите бази кодиращи генетичната информация) могат да образуват голям брой вътрешно и между-молекулни чeтворни спирали, без да нарушават целостта на ДНК веригите, от които са съставени. Т.нар. гуанин-квартети (Г4) се оказват значително разпространени в геномите на много организми (от дрождите до човека) и не се срещат случайно в последователността на ДНК, а са по-скоро локализирани в конкретни райони. Най-често срещани Г4 последователности биват открити в района на теломерите (краищата на хромозомите), рибозомалната ДНК (частта от ДНК, кодираща РНК, изграждаща рибозомите) и промоторите (районът, който действа като бутон за включване и изключване на гените, кодиращи белтъци).

Учените решават да изследват Г4 последователностите у вид дрожди – Saccharomyces pombe. Техните хромозоми са устроени много сходно с човешките, а и те са широко използван моделен организъм за клетъчни, генетични и молекулярни експерименти – много информация за струкjурата и функционирането на тези организми вече се знае, което прави изследването на нови феномени добре контролиран експеримент.

Учените от университета в Умео успяват да докажат, че Г4 последователности, които според компютърни модели би трябвало да формират четворни спирали, наистина приемат подобна форма, когато изолират богати на гуанин региони от теломерите и гените за рибозомна РНК на S. pombe. Изненадите обаче не спират до там – те показват,  че тези последователности от ДНК имат по-специфично взаимодействие с някои ензими, които оперират с ДНК в клетката. Един от най-важните ензими, които манипулират ДНК в клетката, е т.нар. ДНК хеликаза. Нейната функция е да разделя двете вериги в двойната спирала на ДНК по време на копирането на генетичната информация (преди удвояването на ДНК за размножаване на клетката или при синтезата на белтъци). Pfh1 е хеликаза в използвания вид дрожди, която има своя аналог и у човека и е отговорна за разплитането на ДНК в райони, където има „препятствия“ – белтъци, здраво свързани с ДНК или компактни ДНК структури, които изискват специално внимание, например в края на хромозомите (теломерните региони). Pfh1 разпознава, свързва се с и е способна да разплита Г4 последователности в ДНК, а последните експерименти показват, че този тип хеликаза е реално концентрирана в районите на теломерите по време на С-фазата (фазата преди клетъчното делене, когато ДНК се копира, за да се предаде еднакво количество и качество на новите клетки). Това разплитане на ДНК в Г4 регионите обаче става значително по-бавно (сравнено с двойно-верижната ДНК), което вероятно е със защитна цел, както и самото присъствие на Г4 последователностите в теломерите. Днес вече знаем, че грешки в копирането на теломерните последователности или тяхното значително скъсяване е сред един от най-честите феномени, съпътстващи развитието на туморни образувания при многоклетъчните организми. В тази логика, клетките са си изградили сложни „системи за сигурност“ срещу повреда на теломерите. Учените предполагат, че структури като четворните спирали от Г4 последователности може би са един такъв механизъм – ако краищата на хромозомната ДНК са трудни за разплитане, вероятността те да бъдат място на случайни мутации или повреди е значително намалена, следователно и клетката има по-добър шанс за оцеляване. От друга страна обаче, клетката все пак трябва да е способна в определени ситуации да оперира с тази ДНК и с тази цел синтезира специална хеликаза, която се справя с пъзела на четворните спирали (Pfh1). Всяко усложняване на  генетичната машина струва скъпо – изисква повече енергия и възникването на мутация може да е фатално, но е цена, която явно доста организми намират за приемлива, за да защитят краищата на хромозомите си.

Така учените успяват да разгадаят една от поредните тайни на ДНК и да научат нещо повече за хитростта на живите организми да предпазват генетичния си материал от повреди.

Оригиналната публикация за четворната спирала и способността на Pfh1 да се справя с нея излиза през месец май, 2016 – http://nar.oxfordjournals.org/content/early/2016/05/02/nar.gkw349.full ;

Повече информация за Pfh1 хеликазата – http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3315120/

Вземете (Доживотен) абонамент и Подарете един на училище по избор!