Исследователи НУС идентифицировали новую структуру двуцепочечной ДНК

С помощью механического растяжения исследователи из Национального университета Сингапура идентифицировали новую структуру двуцепочечной ДНК, успешно разрешив 16-летние научные дебаты о существовании такой структуры.

Двуцепочечная ДНК часто описывается как правозакрученная спиральная структура, известная как B-ДНК. Для выполнения своих функций она может принимать различные структуры в зависимости от условий.

С 1996 года учёные предполагали существование новой формы двуцепочечной ДНК, названной 'S-ДНК'. Она образуется при растяжении B-формы ДНК за пределы определённой «переходной силы» около 65 пН до примерно 1.7-кратной длины (так называемый переход перерастяжения ДНК). Существование S-ДНК вызывало 16-летние научные споры, поскольку многие данные указывали, что переход перерастяжения — это просто вызванное силой плавление ДНК, приводящее к разделению цепей.

Исследование под руководством доцента Цзе Яна из НУС продемонстрировало тонкости механики ДНК в высокочувствительных экспериментах по растяжению одиночной молекулы ДНК.

Команда обнаружила, что перерастяжение ДНК может включать два перехода с разной кинетикой:

• Медленный гистерезисный переход отшелушивания к разделённым одноцепочечным ДНК.
• Быстрый негистерезисный переход к неизвестной структуре ДНК.

В работе, опубликованной в Nucleic Acids Research, оставался открытым вопрос: является ли эта неизвестная структура S-ДНК или же двумя цепями ДНК через внутреннее плавление.

В последующем исследовании (Proceedings of the National Academy of Sciences) учёные изучили термодинамику этих переходов. Они выяснили, что негистерезисный переход связан с небольшим отрицательным изменением энтропии, в отличие от большого положительного изменения энтропии при гистерезисном переходе отшелушивания. Этот результат убедительно свидетельствует в пользу перестройки ДНК в высокоупорядоченное, нерасплавленное состояние во время негистерезисного перехода.

Также было показано, что выбор между двумя переходами зависит от стабильности пар оснований ДНК и может быть представлен в многомерной фазовой диаграмме.

Результаты не только внесли ясность в научные дебаты о существовании S-ДНК, но и дали важное представление о её возможных структуре и функциях.

Значение открытия:

Учитывая её вытянутую структуру, S-ДНК может быть потенциальным субстратом для связывания интеркаляторов ДНК, включая те, что используются в химиотерапии для ингибирования репликации ДНК в быстрорастущих раковых клетках. В клетках многие ДНК-связывающие белки используют интеркаляцию боковых цепей для искажения остова ДНК. Следовательно, S-ДНК также может быть потенциальным субстратом для этих белков в живых организмах.