在活的人类细胞中发现神秘的新DNA结构

摘要

詹姆斯·沃森,弗朗西斯·克里克和威尔金斯获得了诺贝尔奖在1962年对他们的工作中发现了DNA的双螺旋模型。后来的报道详细介绍了威尔金斯是如何向沃森展示另一位DNA研究人员(女性)罗莎琳德富兰克林捕获的脱氧核糖核酸的关键结晶学肖像,就在沃森和克里克在DNA结构上完成他们的理论之前。1956年,罗莎琳德富兰克林患上了癌症,不到两年后就去世了。关于富兰克林是否因其对发现的贡献而获得应有的赞誉的争论仍在继续。

大约65年前,詹姆斯D.沃森和弗朗西斯HC克里克做了一个启示性的发现。“我们已经找到了生命的秘密!” 克里克在一家酒吧里脱口而出,沃森后来声称,在这对人映射出着名的DNA双螺旋结构之后。

在活的人类细胞中发现神秘的新DNA结构

艺术家对细胞内i-motif DNA结构的印象,以及用于检测它的基于抗体的工具。

现在科学家已经发现“生命的秘密” --DNA--拥有另一种结构。除了双链螺旋之外,在我们的遗传物质中已经显示出四链缠结,称为i-基序。它在人体细胞内的检测表明它是天然存在的,并且可能具有靶向治疗疾病如癌症的生物学作用。

“人们已经表明,你可以使用实验室技术形成的试管这些I基序结构,”丹尼尔·基督,在医学研究在澳大利亚的加文研究所抗体疗法的头部和共同创作一个的说,研究对DNA结构于4月23日在Nature Chemistry出版。“但最突出的是确认了这些结构实际上存在于活的人类细胞中,这就是我们现在所显示的,这意味着细胞中存在完全不同的DNA结构。”

荧光追踪

在这项新研究中,Christ和他的Garvan研究所的同事Mahdi Zeraati和Marcel Dinger开发了一种特异性寻找并与i-基序结合的抗体片段。该抗体装备有在荧光灯下发光的生物标记。通过这种方式,该团队能够通过在细胞核中鉴定荧光标记物来映射i-图案所在的位置。

基督说,这种方法真的“移动了酒吧”,促进了我们对i图案的理解,因为知道它们发生的位置可以为他们正在做的事提供线索。人类DNA代表了巧妙包装的奇迹。如果一个细胞的DNA被拉伸,它将延伸约六英尺(约2米)。在跨越6微米(0.0002英寸)的空间中填补30亿个碱基对的必要性意味着将遗传材料排列并折叠成复杂的图案。

在这种错综复杂的包装中,双螺旋结构占主导地位,但是,基督说他的团队发现我的母题结构“非常普遍”。Dinger在一封电子邮件中称,虽然他们还不能估计DNA中i-基序的实际数量,但它们可能在每个基因组中的10,000个数字中。它们也是“动态的”,意思是它们可以折叠和展开,具体取决于条件。

这些结构主要由胞嘧啶组成,这是DNA(和RNA)中发现的四种主要碱基之一,以及腺嘌呤,鸟嘌呤和胸腺嘧啶。通常胞嘧啶与DNA双螺旋结构中的鸟嘌呤结合,但是在i-基序中,胞嘧啶彼此结合形成双螺旋的离体。

古怪的结构也似乎有利于酸性条件。这些是在20世纪90年代在实验室实验中先前检测到i-图案的情况,最新研究发现当环境变得更酸化时,结构的流行在人类细胞内增加。

那么为什么这些结构存在?科学家还不确定,但有些因素表明他们可能在调节基因产生中发挥作用。根据密西西比大学化学与生物化学教授Randy Wadkins的说法,一个原因是i-基序主要发生在DNA结构中产生基因的“上游”,他并未参与这项研究。

“我们在人类基因组中有大约30,000个基因,但它们并不是一直制造的 - 它不是一个连续的过程,”Wadkins解释说。“这些可能是在基因形成开始时像拨号盘一样操作的机制,这些机制决定了你是否做出了一点点或大量的基因.I-图案通常位于像这样的拨号盘的地方。”

可能的癌症连接

Wadkins的实验室一直在研究i-motif在癌症中的可能作用。癌细胞的问题在于它们迅速繁殖,而且它们的生长不受限制。如果i基序结构在调节肿瘤生长信号的基因调控中发挥作用,那么它可能为未来的治疗提供一个终止癌症扩散的目标。

Wadkins说:“如果你能找到一种与i- motif单独相互作用的小分子,那么你可能能够调节肿瘤细胞的形成。”他补充说,现在这只是猜测。

接下来的步骤将是确认澳大利亚研究团队的发现,然后深入研究这些新型DNA结构的特点和功能。正如丁格所说,科学家们只是开始了解人类DNA的所有形式和功能。

“我们只能解释大约2%的人类基因组,”Dinger说。“它的大部分功能仍然是一个谜 - i-motif的发现增加了一个新镜头,通过它我们可以查看基因组并理解它是如何工作的。”

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