Исследовательская группа обнаружила первую кристаллическую структуру альтернативной формы ДНК из гена инсулина. Широко распространено мнение, что ДНК состоит из двух нитей, которые обвиваются друг вокруг друга, что называется двойной спиралью, но ДНК может изменять форму и структуру. Новое исследование раскрывает детали структуры типа ДНК под названием i-motif, впервые кристаллизовав его.
Соавтор исследования доктор Зои Уоллер (фармацевтическая школа Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе) сказала: «ДНК — это наш генетический материал, и ее структура обычно немного напоминает витую лестницу, называемую двойной спиралью. Эта форма является знаковой, но существуют альтернативные структуры ДНК, которые, как полагают, потенциально играют определенную роль в развитии генетических заболеваний, таких как диабет или рак».
Исследователи сосредоточились на ДНК i-мотива, которая имеет взаимосвязанную структуру, напоминающую узел, и ее обнаружение в живых клетках человека было подтверждено только в 2018 году.
Доктор Уоллер: «Ранее было известно, что в гене инсулина есть участок ДНК, который может образовывать альтернативные структуры и формы ДНК. Также было известно, что этот участок ДНК у разных людей различается. Наша работа показывает, что эти различные варианты последовательности складываются в разные формы ДНК».
Ученые использовали метод кристаллографии, который концентрирует раствор, содержащий ДНК, позволяя образовываться кристаллам, что является важным методом для исследователей, позволяющим увидеть структуру ДНК с помощью рентгеновской кристаллографии.
Доктор Уоллер: «Мы смогли кристаллизовать четырехцепочечную структуру ДНК, называемую „i-мотив“. Наши кристаллы позволили нам точно определить, как выглядит структура этой ДНК, используя рентгеновские лучи. Это показало, что определенные последовательности ДНК обладают особыми дополнительными взаимодействиями, которые помогают им легче формировать альтернативные структуры ДНК».
Исследовательская группа продемонстрировала, что разные варианты последовательностей в гене инсулина образуют разные структуры ДНК, которые, в свою очередь, могут влиять на включение или выключение инсулина.
Демонстрируя, как форма ДНК может влиять на функцию гена инсулина, которая, как уже известно, имеет решающее значение при диабете, они надеются, что их результаты могут послужить руководством для будущих исследований в области лечения диабета.
Разработанная учеными кристаллическая структура может позволить использовать вычислительные методы для разработки лекарств, нацеленных на i-мотивы гена инсулина, потому что, когда ученым известна конкретная трехмерная форма, они могут создавать молекулы в цифровом виде и моделировать их, чтобы увидеть, подходят ли они друг другу.
Затем ученые могут разрабатывать новые лекарства с использованием определенных химических веществ, когда они знают, какие из них лучше всего подходят для лекарственной цели, — этот процесс называется рациональным проектированием.
Как первая кристаллическая структура такого типа, исследователи говорят, что она также будет полезна в качестве модели для других мишеней в геноме, помимо гена инсулина, которые формируют эту форму ДНК.
Доктор Уоллер: «Это исследование означает, что теперь мы можем использовать форму ДНК для создания молекул, связывающих эти структуры, которые могут быть использованы в качестве лекарственных средств».
