Новая методика визуализации раскрывает механизм стэкинга цепей ДНК

Исследователи из Департамента биохимии Индийского института науки (IISc) применили новую методику визуализации, чтобы точно определить силу взаимодействия между соседними основаниями — строительными блоками ДНК — в одной цепи. Результаты открывают возможности для создания сложных ДНК-наноустройств и изучения фундаментальных аспектов структуры ДНК.

Двойную спираль ДНК стабилизируют два типа взаимодействий. Базовое спаривание (base-pairing) — взаимодействие между основаниями на противоположных цепях — известно лучше. Базовый стэкинг (base-stacking) — взаимодействие между основаниями в одной цепи — изучен гораздо меньше. По словам Махипала Ганджи, доцента и соавтора статьи в Nature Nanotechnology, стэкинг-взаимодействия, как правило, сильнее, чем спаривание.

Для изучения всех 16 возможных комбинаций стэкинга учёные использовали метод DNA-PAINT (Point Accumulation in Nanoscale Topography). Он основан на принципе случайного кратковременного связывания и разрыва двух искусственно созданных ДНК-нитей в буферном растворе при комнатной температуре.

Команда пометила одну из нитей (imager strand) флуорофором, излучающим свет при связывании, и тестировала её стэкинг на другой закреплённой нити. Связывание и разрыв разных комбинаций нитей (в зависимости от концевых оснований) фиксировались с помощью флуоресцентного микроскопа.

«Время связывания и разрыва нитей увеличивалось, если взаимодействие между стэкированными основаниями было сильным», — объясняет первый автор, аспирант Абхинав Банерджи. На основе данных DNA-PAINT исследователи построили модель, связывающую время связывания с силой взаимодействия между основаниями.

Метод позволил получить новые данные о стэкинге:

• Добавление всего одного дополнительного стэкинг-взаимодействия к ДНК-нити может увеличить её стабильность до 250 раз.
• Каждая пара нуклеотидов обладает уникальной силой стэкинга.

Эта информация позволила команде сконструировать высокоэффективную трёхлучевую ДНК-наноструктуру, которую потенциально можно собрать в полиэдрический носитель для биомедицинских применений, например, для доставки целевых терапий.

Исследователи также работают над улучшением самой методики DNA-PAINT, планируя создать новые зонды на основе стэкинг-взаимодействий.

По словам учёных, работа имеет значение и за пределами визуализации и нанотехнологий. Ганджи надеется, что результаты помогут изучить фундаментальные свойства одно- и двуцепочечной ДНК, что, в свою очередь, может пролить свет на механизмы репарации ДНК, сбои в которых приводят ко многим заболеваниям, включая рак.