Kemisk næse opsnuser kritiske forskelle i DNA-strukturer

Små ændringer i strukturen af ​​DNA er blevet impliceret i brystkræft og andre sygdomme, men de har været ekstremt svære at opdage – indtil nu.

Ved at bruge det, de beskriver som en "kemisk næse, " UC Riverside kemikere er i stand til at "lugte", når bits af DNA foldes på usædvanlige måder. Deres arbejde med at designe og demonstrere dette system er blevet offentliggjort i tidsskriftet Naturkemi .

"Hvis en DNA-sekvens er foldet, det kunne forhindre transskription af et gen knyttet til det pågældende stykke DNA, " sagde undersøgelsesforfatter og UCR-kemiprofessor Wenwan Zhong. "Med andre ord, dette kunne have en positiv effekt ved at dæmpe et gen med potentiale til at forårsage kræft eller fremme tumorer."

Omvendt DNA-foldning kan også have en negativ effekt.

"DNA-folder kunne potentielt forhindre, at virale proteiner produceres for at minimere immunrespons, " sagde Zhong.

At studere, hvordan disse folder kan påvirke levende væsener, enten positivt eller negativt, kræver først, at videnskabsmænd opdager deres tilstedeværelse. At gøre det, UCR organisk kemi professor Richard Hooley og hans kolleger ændrede et koncept, der tidligere er blevet brugt til at fornemme andre ting, såsom kemiske komponenter i forskellige årgange af vin.

Kemikalierne i systemet kunne designes til at lede efter næsten enhver form for målmolekyle. Imidlertid, måden "næsen" typisk bruges på, den kunne ikke påvise DNA. Kun når Hooleys gruppe tilføjede yderligere, ikke-standardkomponenter kunne næsen opsnuse dens DNA-mål.

"Mennesker registrerer lugte ved at indånde luft, der indeholder lugtmolekyler, der binder sig til flere receptorer inde i næsen, " Hooley forklarede. "Vores system er sammenligneligt, fordi vi har flere receptorer i stand til at interagere med de DNA-folder, vi leder efter."

Den kemiske næse er sammensat af tre dele:værtsmolekyler, fluorescerende gæstemolekyler, og DNA, som er målet. Når de ønskede folder er til stede, gæsten lyser, advare videnskabsmænd om deres tilstedeværelse i en prøve.

DNA er lavet af fire nukleinsyrer:guanin, adenin, cytosin og thymin. Det meste af tiden, disse syrer danner en dobbelt helixstruktur, der ligner en stige. Guaninrige områder folder nogle gange på en anden måde, skabe det, der kaldes en G-quadruplex.

Dele af genomet, der danner disse quadruplex-strukturer, er ekstremt komplekse, Selvom UC Riverside-forskere har opdaget, at deres folder er kendt for at regulere genekspression, og de spiller en nøglerolle i at holde celler sunde.

Til dette eksperiment, forskerne ønskede at demonstrere, at de kunne påvise én specifik type quadruplex bestående af fire guaniner. Efter at have gjort det, Zhong sagde, at forskerholdet vil forsøge at bygge videre på deres succes.

"Nu tror vi, at vi kan gøre mere, " sagde hun. "Der er andre tredimensionelle strukturer i DNA, og dem vil vi også gerne forstå."

Forskerne vil undersøge, hvordan kræfter, der beskadiger DNA, påvirker måden, de folder. De vil også studere RNA-foldning, fordi RNA udfører vigtige funktioner i en celle.

"RNA har endnu mere komplekse strukturer end DNA, og er sværere at analysere, men at forstå dens struktur har et stort potentiale for sygdomsforskning, " sagde Zhong.