В феврале. В 1 выпуске журнала Nature исследователи описывают, как два обычно несовпадающих основания в ДНК человека, гуанин и тимин, способны изменять форму, чтобы образовать незаметную ступеньку спиральной "лестницы" ДНК."Это позволяет им выжить, избегая естественной защиты организма от генетических мутаций.
«Когда эти два основания случайно образуют водородную связь, сначала они не подходят друг другу», — объяснил Зукаи Суо, профессор химии и биохимии в Университете штата Огайо и соавтор исследования. "Они торчат вдоль спирали ДНК, поэтому обычно ферменты, реплицирующие ДНК, легко обнаруживают и исправляют их.
Но время от времени, прежде чем их можно будет обнаружить, они меняют форму. Это похоже на то, как если бы два основания могли « исправить » друг друга, поэтому они могли соответствовать как обычная пара оснований и ускользать от механизмов восстановления ДНК.
«Они плохие парни, но они притворяются хорошими парнями, чтобы выжить», — сказал Суо.
Открытие обеспечивает основу для работы над другими типами мутаций ДНК, которые вызывают болезни, а также нормальное старение и даже эволюцию.
Каждая из четырех оснований ДНК имеет свой размер и форму и должна подходить друг к другу правильно. Аденин (A) всегда должен сочетаться с тимином (T), а цитозин (C) всегда должен сочетаться с гуанином (G).
Две пары оснований «Ватсона-Крика», A-T и C-G, образуют последовательности ДНК всей жизни, какой мы ее знаем. Однако, если G каким-то образом неправильно спаривается с T, например, это будет мутация.
Фактически, мутация G-T является единственной наиболее частой мутацией в ДНК человека. Это происходит примерно один раз на каждые 10 000–100 000 пар оснований — что звучит не так уж и много, если не считать, что геном человека содержит 3 миллиарда пар оснований.
Исследователи хотели бы понять, как происходят мутации, чтобы лучше понять множество болезней, включая рак, которые они вызывают. Эта работа предоставляет важную информацию, которую исследователи могут использовать, продвигаясь вперед в этом направлении.
Хотя ученые долгое время предполагали, что неправильная пара G-T изменила форму, чтобы напоминать нормальную пару G-C или A-T, это явление не наблюдалось напрямую до тех пор, пока биохимики из Университета Дьюка во главе с Хашимом М. Аль-Хашими использовал метод ядерно-магнитно-резонансной томографии, чтобы выявить, что эти неправильные пары G-T, подобные Уотсону-Крику, образуются в так называемой «голой» ДНК.
Тем не менее, оставался вопрос, как возникают неправильные пары G-T. Вот почему Аль-Хашими связался с Суо из штата Огайо и попросил его помочь определить биохимический механизм, ответственный за.
«Интересный вопрос: от чего зависит скорость мутации в живом организме», — сказал Аль-Хашими. "Отсюда мы можем начать понимать конкретные условия или факторы окружающей среды, которые могут увеличить количество ошибок."
Суо и докторант Уолтер Захуранчик использовали ДНК-полимеразу, фермент, который реплицирует ДНК, чтобы вставить неправильную пару G-T в цепь ДНК. Останавливая химическую реакцию в разное время и анализируя полученные молекулы ДНК, они смогли измерить, насколько эффективно полимераза может образовывать неправильную пару G-T.
Вместе Аль-Хашими и Суо определили, что основания G и T будут спариваться, но деформированным образом, который выступал из спирали ДНК. Затем, за доли секунды, основания перестроят свои химические связи так, чтобы они могли «защелкнуться» в форме нормальной пары оснований и заставить полимеразу завершить химическую реакцию.
Короче говоря, они выполняют маскарад, который ферменты с меньшей вероятностью обнаружат во время репликации и восстановления ДНК.
Выживание мутации — настоящий подвиг, поскольку она должна преодолеть значительную часть основ физики. Основания соединяются определенным образом из-за того, как расположены протоны и электроны в их атомах. Создание пары оснований требует некоторого количества энергии, и самые простые и наиболее энергоэффективные пары для образования — это «правильные» пары — A-T и C-G.
Фактически, пара G-T должна преодолеть энергетический барьер, чтобы сформироваться и поддерживать себя. Оказывается, когда основания G и T меняют форму, они становятся более энергоэффективными — все еще менее эффективными, чем обычная пара оснований, но достаточно эффективными.
Затем исследователи попытаются повторить эксперименты с другой, несколько менее распространенной мутацией, ошибочной парой A-C.