Για πρώτη φορά, επιστήμονες κατάφεραν να απεικονίσουν με υψηλή ανάλυση δύο μόρια DNA να συνδέονται το ένα δίπλα στο άλλο, αποκαλύπτοντας μια μοριακή διάταξη που είχε προβλεφθεί θεωρητικά πριν από περισσότερα από 20 χρόνια.
Η ανακάλυψη προέκυψε από έρευνα επιστημόνων των πανεπιστημίων Σέφιλντ και Γιορκ στη Βρετανία, η οποία δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Nucleic Acids Research, με τίτλο «Imaging and mechanism of DNA–DNA recognition mediated by divalent ions».
Η μελέτη εξετάζει ένα βασικό ερώτημα της μοριακής βιολογίας: Πώς μπορούν δύο μόρια DNA να πλησιάσουν και να συνδεθούν, παρότι διαθέτουν το ίδιο αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο και επομένως τείνουν να απωθούνται;
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μικροσκοπία ατομικής δύναμης υψηλής ανάλυσης και υπολογιστικές προσομοιώσεις για να εξετάσουν τη δομή και τις αλληλεπιδράσεις γειτονικών μορίων DNA.
Η σύνδεση των δύο διπλών ελίκων
Το DNA αποτελείται από δύο αλυσίδες που σχηματίζουν τη γνωστή διπλή έλικα. Στη συγκεκριμένη έρευνα, ωστόσο, οι επιστήμονες δεν μελέτησαν τον σχηματισμό αυτής της δομής, αλλά τον τρόπο με τον οποίο δύο διαφορετικές, ήδη σχηματισμένες διπλές έλικες μπορούν να έρθουν σε στενή επαφή.
Οι εικόνες που κατέγραψαν έδειξαν ότι, σε περιπτώσεις ισχυρής σύζευξης, οι αυλακώσεις των δύο ελίκων ευθυγραμμίζονται με μεγάλη ακρίβεια.
Η διάταξη αυτή παρουσιάζει ομοιότητες με τον τρόπο που κλείνει ένα φερμουάρ, καθώς οι ελικοειδείς δομές τοποθετούνται η μία δίπλα στην άλλη, διατηρώντας συγκεκριμένη μεταξύ τους ευθυγράμμιση.
Η παρατήρηση προσφέρει πειραματική υποστήριξη στο μοντέλο που είναι γνωστό ως «DNA zipper», το οποίο είχε προταθεί πριν από περίπου δύο δεκαετίες για να εξηγήσει πώς γειτονικά μόρια DNA μπορούν να ευθυγραμμίζονται και να αλληλεπιδρούν.
Ο ρόλος των μεταλλικών ιόντων
Για να διερευνήσουν τις δυνάμεις που συγκρατούν τις δύο έλικες, οι επιστήμονες συνδύασαν τις εικόνες της μικροσκοπίας με προσομοιώσεις μοριακής δυναμικής, οι οποίες επέτρεψαν την παρακολούθηση των αλληλεπιδράσεων μεταξύ ατόμων και ιόντων.
Σύμφωνα με τα αποτελέσματα, θετικά φορτισμένα μεταλλικά ιόντα μπορούν να δημιουργούν γέφυρες ανάμεσα στα δύο μόρια DNA, συμβάλλοντας στη σταθεροποίηση της επαφής τους.
Οι ερευνητές εξέτασαν την επίδραση δισθενών ιόντων, δηλαδή ιόντων που φέρουν δύο θετικά ηλεκτρικά φορτία, όπως εκείνα του νικελίου, του μαγνησίου και του ασβεστίου. Οι εικόνες υψηλότερης ανάλυσης ελήφθησαν παρουσία ιόντων νικελίου, ενώ πραγματοποιήθηκαν επίσης πειραματικές παρατηρήσεις και προσομοιώσεις με μαγνήσιο και ασβέστιο.
Οι προσομοιώσεις έδειξαν ότι τα ιόντα μπορούν να συνδέουν τις δύο έλικες μέσω διαφορετικών μοριακών επαφών. Σε ορισμένες περιπτώσεις, οι γέφυρες σχηματίζονται ανάμεσα στις μικρές αυλακώσεις των μορίων, ενώ σε άλλες συμμετέχουν και διαφορετικά σημεία της δομής του DNA.
Ο ακριβής τρόπος σύνδεσης εξαρτάται, σύμφωνα με τη μελέτη, από το είδος του μεταλλικού ιόντος.
Δεν συνδέονται όλες οι αλληλουχίες με τον ίδιο τρόπο
Ένα ακόμη εύρημα της έρευνας αφορά τη σημασία της αλληλουχίας του DNA στη διαδικασία σύζευξης.
Οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι οι επαφές μεταξύ δύο ελίκων δεν εμφανίζονται με την ίδια ισχύ και συχνότητα σε όλα τα σημεία των μορίων.
Ορισμένες αλληλουχίες ευνοούν τη δημιουργία σταθερότερων ιοντικών γεφυρών, ενώ άλλες εμφανίζουν μικρότερη τάση σύζευξης.
Στις προσομοιώσεις με ιόντα νικελίου, ιδιαίτερα σταθερές επαφές συνδέθηκαν με την αλληλουχία GTAC. Αντίστοιχα, οι προσομοιώσεις με μαγνήσιο και ασβέστιο έδειξαν ότι τα συγκεκριμένα ιόντα μπορούν να σταθεροποιούν τη σύζευξη μέσω περισσότερων και διαφορετικών σημείων επαφής.
Τα αποτελέσματα υποστηρίζουν την εκτίμηση των ερευνητών ότι η αναγνώριση και η σύνδεση μεταξύ μορίων DNA επηρεάζονται τόσο από τη μοριακή τους δομή όσο και από την παρουσία συγκεκριμένων ιόντων.
Τι αποδεικνύει η έρευνα και τι παραμένει άγνωστο
Η νέα μελέτη παρέχει άμεσες εικόνες της ευθυγράμμισης δύο διπλών ελίκων DNA και υπολογιστικά δεδομένα που εξηγούν πώς μπορούν να σταθεροποιούνται οι μεταξύ τους επαφές.
Ωστόσο, τα πειράματα πραγματοποιήθηκαν σε ελεγχόμενες εργαστηριακές συνθήκες, με απομονωμένα μόρια DNA.
Οι επιστήμονες δεν παρακολούθησαν την ίδια διαδικασία μέσα σε ζωντανά κύτταρα ούτε απέδειξαν ότι ο συγκεκριμένος μηχανισμός εξηγεί από μόνος του την αναγνώριση ομόλογων αλληλουχιών στο κυτταρικό περιβάλλον.
Τα ευρήματα προσφέρουν, πάντως, ένα μοριακό μοντέλο για τη διερεύνηση της σύζευξης του DNA, διαδικασίας που συνδέεται με τη γενετική ανασυνδυαστική λειτουργία και την οργάνωση του γενετικού υλικού.
Η μελέτη δεν εξέτασε θεραπείες ούτε τεκμηρίωσε άμεση σχέση του μηχανισμού με την εμφάνιση καρκίνου. Οι ερευνητές επισημαίνουν ότι απαιτείται περαιτέρω διερεύνηση για να αποσαφηνιστεί ο ρόλος αυτών των αλληλεπιδράσεων στο σύνθετο περιβάλλον των κυττάρων.
Η επιστημονική εργασία είναι διαθέσιμη στο Nucleic Acids Research.
Πηγή: skai.gr
Διαβάστε τις Ειδήσεις σήμερα και ενημερωθείτε για τα πρόσφατα νέα.
Ακολουθήστε το magazinenews.gr στο Google News και μάθετε πρώτοι όλες τις ειδήσεις.
Πηγή: www.skai.gr
