Форма будущих молекул: Q&A о дизайне ДНК-наноконструкций для биомедицины
Исследователи из Института РНК Университета Олбани, включая постдока Бхарата Раджа Мадханагопала и старшего научного сотрудника Аруна Ричарда Чандрасекарана, изучили уникальные свойства особого типа ДНК-наноконструкции — «зигзагообразной ДНК» (switchback DNA). Их работа, опубликованная в Nature Communications, может иметь значение для понимания укладки ДНК в природе и для создания новых наноструктур с биомедицинскими приложениями.
Что такое ДНК-наноконструкции и почему они важны?
ДНК — это не только носитель генетической информации, но и отличный строительный материал для создания наноразмерных объектов благодаря своей программируемости. Четыре нуклеотида (аденин, гуанин, тимин, цитозин) спариваются по правилу: A–T и G–C. Это позволяет проектировать специфичные цепи ДНК, которые, как кубики Lego, собираются в наноструктуры заданной формы и размера. Такие конструкции перспективны для доставки лекарств, диагностики и хранения данных.
Что такое «зигзагообразная ДНК»?
Это один из самых ранних структурных мотивов в ДНК-нанотехнологии, созданный основателем этой области Надрианом Сименом. Изучение его свойств позволяет создавать более разнообразные нанообъекты с экзотическими характеристиками.
В чём уникальность зигзагообразной ДНК?
Обычная ДНК (B-ДНК) — это правозакрученная двойная спираль. Зигзагообразная ДНК состоит всего из двух цепей, но её уникальность в том, что правозакрученные полувитки уложены так, что молекула в целом образует левозакрученную двойную спираль. Это происходит потому, что после каждого полувитка цепи ДНК «загибаются назад».
Эта уникальная структура влияет на ключевые для биомедицинских приложений свойства: структурную стабильность, уязвимость к ферментам и иммуногенность. Например, это может повлиять на способность наноструктуры эффективно доставлять лекарство к целевой ткани.
Что даёт лучшее понимание зигзагообразной ДНК?
- Повышение стабильности: Фермент DNase I разрушает зигзагообразную ДНК медленнее, чем обычную B-ДНК. Это можно использовать, чтобы защитить ДНК-наноконструкции для доставки лекарств от преждевременного разрушения в организме.
- Связь с биологией: В геноме человека есть повторяющиеся последовательности, которые в пробирке при определённых условиях могут складываться в структуру зигзагообразной ДНК. Поскольку такие повторы связаны с болезнями (миотоническая дистрофия, болезнь Хантингтона), их изучение может помочь понять механизмы этих заболеваний и найти новые мишени для терапии.
Ключевые выводы исследования
- Сворачивая ДНК в разные паттерны (без химической модификации), можно «настраивать» её свойства для создания устройств в биосенсорике, доставке лекарств и ДНК-вычислениях.
- Правила комплементарности, определённые Уотсоном и Криком для классической двойной спирали, нуждаются в расширении. В зигзагообразной ДНК базовые правила спаривания (A–T, G–C) сохраняются, но позиция пар оснований отличается.
- Гипотеза о том, что повторяющиеся последовательности могут формировать структуры зигзагообразной ДНК, открывает новые направления для изучения биологической роли нетрадиционных ДНК-структур в живых клетках.