Исследование границ структуры и функции ДНК может расширить применение модифицированной ДНК в медицине

Команда под руководством профессора Михала Гоцека из Института органической химии и биохимии (IOCB) в Праге изучила пределы структуры и функции ДНК, успешно раздвинув известные границы. Их последнее исследование опубликовано в журнале Nucleic Acids Research.

Учёные доказали, что даже сильно модифицированные двойные спирали ДНК остаются достаточно стабильными для специальных применений. Это открытие может расширить возможности использования модифицированной ДНК, например, в медицине.

ДНК состоит из двух длинных отрицательно заряженных цепей, которые удерживаются вместе, несмотря на взаимное отталкивание. Это возможно благодаря стэкинг-взаимодействиям и спариванию оснований. Гоцек и его коллеги продвинули известные пределы, модифицировав ДНК, добавив дополнительный отрицательный заряд к каждой "букве" генетического кода.

Это удвоило силы отталкивания, однако двойная спираль ДНК осталась стабильной. Также было обнаружено, что такая модифицированная ДНК не только сохраняет структуру, но и может быть синтезирована (реплицирована) и секвенирована с помощью фермента ДНК-полимеразы.

"Представьте ДНК как каркас, к которому можно прикрепить различные химические соединения с разными функциями. Это небольшие молекулы, такие как боковые цепи аминокислот, которые в природе встречаются только в пептидах и белках", — говорит Гоцек.

"В современной медицине мы можем использовать эти молекулы лишь в относительно ограниченной степени. Причина в их заметной нестабильности и быстром разложении внутри организма. Одним из решений мог бы стать стабильный скелет, к которому их можно было бы прочно прикрепить. И ДНК в будущем могла бы стать такой базовой структурой.

Цель этого исследования — создание молекул ДНК, которые будут имитировать другие химические соединения. Это позволит использовать терапевтический потенциал определённых биомолекул, которые сложно удержать в организме. Примерами таких биомолекул являются уже упомянутые пептиды или белки".

Группа Гоцека уже достигла значительного прогресса, хотя исследования в этом направлении во всём мире находятся в начальной стадии. Например, команде удалось разработать новый модифицированный аптамер — короткую последовательность ДНК, способную связываться с определённой молекулой-мишенью, чаще всего белком.

Аптамеры обладают свойствами, сходными с антителами, но они гораздо стабильнее. По этой причине аптамеры потенциально могут заменить антитела, используемые в медицине. Однако количество одобренных терапевтических аптамеров в мире до сих пор можно пересчитать по пальцам одной руки.

Текущее исследование границ ДНК является частью более крупного проекта под руководством Гоцека. Во второй раз его результаты привлекли интерес журнала Nucleic Acids Research. Ранее учёные из IOCB Prague опубликовали метод ферментативного синтеза полностью искусственной ДНК, в ходе которого все нуклеотиды, образующие природную ДНК, заменяются их модифицированными версиями с присоединёнными гидрофобными (то есть отталкивающими воду) молекулами.