Новое понимание того, как ДНК удерживается вместе благодаря гидрофобным эффектам

Исследователи из Технологического университета Чалмерса (Швеция) обнаружили новый аспект в механизме связывания цепей ДНК, ключевую роль в котором играют гидрофобные эффекты. Они показали, как небольшие изменения свойств воды могут тонко контролировать процесс связывания. Открытие открывает новые возможности для исследований в медицине и науках о жизни. Исследование опубликовано в журнале PNAS.

• Новая роль гидрофобности: Спиральная структура ДНК может определяться тем, что молекулы имеют гидрофобную внутреннюю часть в гидрофильной водной среде. Гидрофобные азотистые основания отталкивают воду и группируются, минимизируя контакт с ней.
• Пересмотр роли водородных связей: Водородные связи между основаниями, которые ранее считались главной силой, удерживающей двойную спираль, по-видимому, в большей степени отвечают за правильное спаривание и последовательность оснований.
• Ключ к пониманию репарации ДНК: Клетка большую часть времени хранит ДНК в водном растворе, но для процессов репликации, транскрипции или репарации ДНК подвергается воздействию гидрофобной среды. Например, белок Rad51 в клетках человека создаёт такую среду для восстановления повреждённых участков ДНК, мутации в которых могут привести к раку.
• Потенциальное применение: Понимание этого механизма может дать новые подходы к борьбе с устойчивыми бактериями (например, воздействуя на их белок RecA) и к лечению рака.

Метод исследования: Учёные первыми изучили поведение ДНК в гидрофобной среде, используя раствор полиэтиленгликоля. Меняя среду от гидрофильной к гидрофобной, они обнаружили, что на границе этого перехода характерная спиральная структура ДНК начинает расплетаться.

Наблюдение: Когда пары оснований разделяются, в структуре образуются «дыры», куда проникает вода. Чтобы сохранить внутреннюю часть сухой, ДНК сжимается, основания снова сближаются и вытесняют воду. В гидрофобной среде воды нет, поэтому «дыры» остаются открытыми.