Наночастицы помогают изучить взаимодействия одноцепочечной ДНК с её связывающими белками

При репликации или репарации двойная спираль ДНК должна расплетаться на отдельные цепи, чтобы функциональные молекулы могли связаться с ними. Клеточные белки специфически связываются с одноцепочечной ДНК, предотвращая её преждевременную рекомбинацию. Однако детальные исследования этих ДНК-белковых взаимодействий затруднялись из-за необходимости в дорогом оборудовании и трудоёмких методах мечения. Исследователи под руководством Yen Nee Tan из Института исследований и инженерии материалов A*STAR разработали удобный метод для характеристики взаимодействий между одноцепочечной ДНК и её связывающими белками.

Учёные использовали оптические свойства золотых наночастиц для изучения механизма связывания белка с ДНК. Когда наночастицы хорошо диспергированы в растворе, он имеет ярко-красный цвет, но при их агрегации раствор становится синим. Исследователи обнаружили, что при одновременном присутствии в растворе одноцепочечной ДНК, её связывающего белка и соли, стимулирующей агрегацию наночастиц, раствор оставался красным. Это указывало на то, что комплексы ДНК-белок связывались с наночастицами посредством сил электростерической стабилизации. В отличие от этого, при внесении только белка или только одноцепочечной ДНК в солевой раствор наблюдался более выраженный сдвиг цвета к сине-серому, что свидетельствовало об агрегации наночастиц.

«Самая большая сложность в этой работе заключалась в определении оптимальных условий для связывания одноцепочечной ДНК с её белком с образованием комплексов, обеспечивающих наивысшую стабильность золотых наночастиц против солевой агрегации», — отмечает Tan.

Исследователи связывают взаимодействие наночастиц с комплексами ДНК-белок с наличием в белке серосодержащих групп, которые, как известно, образуют прочные связи с золотом. Молекулы белка сами по себе имеют меньший молекулярный размер, чем комплексы ДНК-белок, что приводит к менее эффективной стерической стабилизации наночастиц.

Учёные показали, что существует минимальная длина последовательности ДНК, при которой может работать механизм адгезии связывающего белка. Они обнаружили, что белок предпочитает связываться с определёнными химическими единицами (основаниями), из которых состоит ДНК, и смогли обнаружить вариации в последовательности ДНК, известные как однонуклеотидные полиморфизмы (SNP), даже на самых концах молекулы, которые обычно трудно идентифицировать. Двойная спираль ДНК, содержащая SNP, не может так плотно связываться. Таким образом, связывающий белок может присоединиться к диссоциированной одноцепочечной ДНК с образованием белково-ДНКовых комплексов, которые служат сайтами для адгезии золотых наночастиц.

«Мы планируем развить этот анализ в простой генотипирующий тест для обнаружения SNP в реальных биологических образцах, содержащих длинную геномную ДНК», — говорит Tan.