首次在活的人类细胞中追踪到四双螺旋DNA的形成

- 编辑:大众自然网 -

首次在活的人类细胞中追踪到四双螺旋DNA的形成

人们在1953年发现,DNA通常形成典型的双螺旋结构——两股相互缠绕。一些其他的结构已经在试管中形成,但这并不一定意味着它们是在活细胞中形成的。

四螺旋结构,称为DNA g四重丛(G4s),之前已经在细胞中检测到。然而,使用的技术需要杀死细胞或使用高浓度的化学探针来观察G4的形成,所以它们在正常情况下在活细胞中的实际存在直到现在都没有被追踪到。

来自剑桥大学、伦敦帝国理工学院和利兹大学的一个研究小组发明了一种荧光标记,可以附着在活的人类细胞中的G4s上,这使他们第一次看到这种结构是如何形成的,以及它在细胞中发挥了什么作用。

这项研究发表在今天的《自然化学》杂志上。

重新思考DNA生物学

博士领导的研究人员之一马可·迪安东尼奥,他开始在剑桥大学工作Balasubramanian Shankar爵士教授的实验室,现在领导着一个研究小组在帝国的化学系,说:“第一次,我们已经能够证明四螺旋DNA存在于我们的细胞作为一个稳定的结构由正常的细胞过程。这迫使我们重新思考DNA的生物学。这是基础生物学的一个新领域,可能为癌症等疾病的诊断和治疗开辟新的途径。

“现在我们可以实时跟踪细胞中的G4s,我们可以直接询问它们的生物学作用是什么。我们知道它似乎在癌细胞中更普遍,现在我们可以探索它的作用,以及如何阻止它,潜在地设计新的疗法。”

研究小组认为,G4s在DNA中形成是为了暂时保持它的开放状态,并促进转录等过程,在转录过程中DNA指令被读取,蛋白质被制造。这是一种“基因表达”,即激活DNA中的部分遗传密码。

G4s似乎更多地与与癌症有关的基因相关,并且在癌细胞中检测到更多的G4s。有了一次成像单个G4的能力,研究小组说他们可以追踪它们在特定基因中的作用以及它们在癌症中的表达方式。这一基本知识可以揭示阻断这一过程的药物的新靶点。

自然形成的

该团队能够对单个G4s成像的突破性进展源于对通常用于探测细胞工作的机制的重新思考。此前,该团队使用了抗体和分子,可以找到并附着在G4s上,但这需要非常高浓度的“探针”分子。这意味着探针分子可能会破坏DNA,实际上导致它们形成G4s,而不是检测它们的自然形成。

Aleks Ponjavic博士现在是利兹大学物理与天文学院和食品科学与营养学院的一名学者,他在David Klenerman教授的实验室共同领导了这项研究,并开发了用显微镜观察新荧光标记的方法。

他说:“科学家需要特殊的探针来观察活细胞内的分子,然而这些探针有时会与我们试图看到的物体发生作用。”通过使用单分子显微镜,我们可以观察到比以前使用的低1000倍浓度的探针。在这种情况下,我们的探针与G4结合仅几毫秒而不影响其稳定性,这使得我们能够在不受外界影响的情况下研究G4在自然环境中的行为。”

对于新的探针,研究小组使用了一种非常“明亮”的荧光分子,这种荧光分子被设计成可以非常容易地附着在G4s上。数量少意味着他们不能指望给一个细胞中的每一个G4成像,而是可以识别和跟踪单个G4,让他们了解它们的基本生物学作用,而不影响它们在细胞中的总体普遍性和稳定性。

研究小组发现,G4s的形成和消散速度非常快,这表明它们只是形成来执行某种特定的功能,如果持续时间过长,可能会对正常的细胞过程产生毒性。