Динамичность ДНК объясняет её роль как основы жизни
Новое исследование показывает, почему именно ДНК, а не её более старый химический «кузен» РНК, является основным хранилищем генетической информации. Двойная спираль ДНК — более гибкая молекула, которая может принимать разные формы, чтобы «поглотить» химические повреждения своих основных строительных блоков — азотистых оснований A, G, C и T. В отличие от неё, двойная спираль РНК настолько жёсткая, что вместо адаптации к повреждённым основаниям она полностью разрушается.
Исследование, опубликованное 1 августа 2016 года в журнале Nature Structural and Molecular Biology, подчёркивает динамичную природу двойной спирали ДНК, что важно для стабильности генома и защиты от таких недугов, как рак и старение. Это открытие, вероятно, изменит описание различий между ДНК и РНК в учебниках.
Динамические пары оснований
Знаменитая двойная спираль ДНК часто изображается как винтовая лестница. Классическое правило спаривания оснований (Уотсона–Крика) предсказывает, что G соединяется с C, а A — с T. Однако в 1959 году биохимик Каарст Хугстин сфотографировал A-T пару с иной, слегка смещённой геометрией.
Пять лет назад команда Хашима М. Аль-Хашими из Университета Дьюка показала, что пары оснований в ДНК постоянно переходят между конфигурациями Уотсона–Крика и Хугстина. По словам Аль-Хашими, пары Хугстина обычно появляются, когда ДНК связана с белком или химически повреждена. ДНК возвращается к стандартному спариванию после освобождения от белка или ремонта повреждения.
Жёсткость РНК
Учёные решили проверить, происходит ли то же самое в двойной спирали РНК. Аспирантка Хуэйцин Чжоу использовала сложный метод визуализации — NMR relaxation dispersion — чтобы отследить крошечные изменения в модельных двойных спиралях ДНК и РНК.
Предыдущие исследования показали, что в любой момент около 1% оснований в ДНК находятся в конфигурации Хугстина. Однако в соответствующей спирали РНК не было обнаружено никаких detectable движений — все пары оснований были «заморожены» в конфигурации Уотсона–Крика.
Чтобы проверить, не происходят ли переходы в РНК слишком быстро, Чжоу добавила метильную группу в определённое место оснований, чтобы заблокировать спаривание по Уотсону–Крику и «поймать» РНК в конфигурации Хугстина. Вместо этого две цепи РНК в районе повреждения просто расходились.
Причина в структуре
Исследователи полагают, что РНК не образует пары Хугстина, потому что её двойная спираль (A-форма) более сжата, чем спираль ДНК (B-форма). В результате РНК не может перевернуть одно основание, не задев другое и не разорвав при этом спираль.
«Для чего-то настолько фундаментального, как двойная спираль, удивительно, что мы открываем эти базовые свойства так поздно», — сказал Аль-Хашими. — «Нам нужно продолжать углубляться, чтобы получить более глубокое понимание этих основных молекул жизни».