Вчені виявили, як крихітні іони металу допомагають молекулам ДНК подолати електричне відштовхування та «з’єднатися» з неймовірною точністю.
Молекули ДНК мають негативний заряд, тому прагнуть відокремитися одна від одної. Але всередині живих клітин ДНК іноді має накопичуватися для таких процесів, як генетична рекомбінація, припинення генів і розвиток раку.
Зараз дослідники спостерігали, як відбувається це з’єднання з дивовижною точністю. Використовуючи високоенергетичну атомно-силову мікроскопію, команда спостерігала короткі фрагменти ДНК, які збігаються між борозенками. Потім комп’ютерне моделювання показало, що позитивно заряджені іони металу можуть вписуватися в ці канавки і діяти як невеликі молекулярні містки, які допомагають утримувати дві молекули ДНК разом.
Крихітні іони допомагають молекулам ДНК з’єднуватися в пари
Професор Агнес Ной зі Школи фізики, інженерії та технологій Йоркського університету очолила дослідження. Він сказав: «Це відкриття може допомогти дослідникам ідентифікувати ділянки геному, які конкретно беруть участь у реплікації ДНК. Ці регіони можуть стати особливо важливими, коли мутації порушують нормальні клітинні процеси та сприяють раку».
Результати підтверджують теорію, запропоновану майже 20 років тому, під назвою «модель ДНК-блискавки». Професор Олексій Корнишев з Імперського коледжу Лондона та його колеги спочатку припустили, що іони солі навколо ДНК можуть створити альтернативну форму заряду. Ці моделі дозволяють сусіднім молекулам ДНК утворювати гвинтові сходи.
Тест моделі ДНК на блискавці
Щоб дослідити цю ідею, дослідники просканували зразки ДНК за допомогою атомно-силової мікроскопії та склали детальні карти поверхні. Водночас складне комп’ютерне моделювання стежило за поведінкою окремих атомів та іонів.
Моделювання показало, що двозарядні іони металу можуть поводитися майже як пара заряджених плечей. Зв’язуючись з обома молекулами ДНК, іони допомагають зміцнити простір між ними та стабілізувати їх вирівнювання.
Доктор Томас Кетлі, співавтор зі Школи хімічної та біологічної інженерії Університету Шеффілда, сказав: «Це було дивовижно вперше безпосередньо звернутись до давно висунутої гіпотези. Сучасні методи візуалізації, які є в нашому розпорядженні, дозволяють нам виявити ці ключові взаємодії ДНК, які беруть участь у багатьох впливових клітинних процесах».
Доктор Віктор Веласко-Берреллеза з Університету Шеффілда, який проводив моделювання, додав: «Мікроскопія говорить нам, що відбувається, але моделювання дозволяє нам розкрити молекулярний механізм, що стоїть за цим».
Точки сполучення ДНК
Дослідники також виявили, що не всі молекули ДНК з’єднуються з однаковою силою. Деякі послідовності ДНК утворюють сильніші зв’язки, ніж інші, створюючи гарячі точки, де дві спіралі особливо вирівняні.
Ці взаємодії послідовностей можуть допомогти вченим ідентифікувати ділянки геному, які особливо важливі для спарювання ДНК. Це може бути цінним для розуміння того, як мутації порушують нормальну поведінку клітин і сприяють раку.
Висновки також можуть мати застосування за межами медицини. Оскільки деякі послідовності ДНК можуть взаємодіяти сильніше, ніж інші, ті самі принципи можуть зрештою допомогти інженерам створити індивідуальні структури ДНК для біотехнології.
Довідка: Томас Е. Кетлі, Віктор Веласко-Беррелеза, Даніель Е. Роллінз, Еліс Л. Б. Пайн і Агнес Ной «Уява та механізм двовалентного іонно-опосередкованого розпізнавання ДНК-ДНК», 25 серпня 2026 р. Дослідження нуклеїнових кислот.
DOI: 10.1093/nar/gkag817
Ніколи не пропустіть прорив: приєднуйтесь до інформаційного бюлетеня SciTechDaily.
Слідкуйте за нами в Google і Google News.
