Биомедицинские исследователи старения и рака очень интересуются теломерами, защитными оболочками на концах хромосом. В новом исследовании ученые из Калифорнийского Университета в Санта-Крузе использовали новую методику, чтобы раскрыть структурные и механические свойства теломер, которые могут помочь разработке новых противораковых препаратов.
Теломеры - длинные, повторяющиеся последовательности ДНК на концах хромосом, которые служат защитной функцией, аналогично пластмассовым наконечникам на шнурках. Поскольку клетки делятся, их теломеры в прогрессирующей степени становятся короче, пока, в конечном счете, клетки не прекращают делиться. Теломеры могут стать более длинными, однако, ограничиваются посредством действия фермента, называемого теломеразой, которая является особенно активной в клетках, таких как стволовые - клетки которые должны продолжать неограниченно делиться. Исследователи также нашли, что большинство опухолевых клеток демонстрирует высокую активность теломеразы.
Майкл Стоун, доцент химии и биохимии при Калифорнийском Университете в Санта-Крузе, сообщил, что его лаборатория особенно интересуется свертыванием и развертыванием структуры ДНК в заключительной части теломеры, известной как G-квадруплекс, потому что этот процесс играет ключевую роль в регулировании активности теломеразы.
«Большинство раковых клеток использует теломеразу как один механизм, чтобы поддержать неконтролируемый рост, таким образом, это - важная цель для противораковой терапии», - сказал Стоун. «G-квадруплексная структура теломеры ДНК ингибируют функцию теломеразы как фермента, следовательно, мы хотели понять механическую стабильность этой структуры».
Кси Лонг, аспирант в лаборатории Стоуна, вел проект, который включал интеграцию двух методик по управлению и контролю отдельных молекул ДНК во время развертывания структуры G-квадруплекса. Чтобы удлинить молекулу ДНК использовалась система «магнитных пинцетов», в то время как методика флуоресцентной микроскопии использовалась для того, чтобы контролировать небольшие структурные изменения в ДНК. Результаты, опубликованные в «Исследованиях нуклеиновых кислот», показали, что относительно малое структурное смещение заставляет G-квадруплекс разворачиваться.
«В отличие от других структур ДНК, структура G-квадруплекса довольно лабильна. Требуется совсем немного возмущения, чтобы заставить все это развалиться», - сказал Стоун. «Мы также нашли, что у развернутого состояния есть высоко уплотненная конформация, которая говорит нам, что в ней по-прежнему присутствуют взаимодействия, которые благоприятствуют реакции свертывания».
Эти данные могут примениться для того, чтобы понять молекулярные механизмы теломер-ассоциированных белков и ферментов, включаемых в реакцию развертывания, так же как и для рациональной разработки противораковых препаратов. Небольшие молекулы, которые связываются и стабилизируют G-квадруплекс теломеры ДНК, могут стать противораковыми препаратами.
«Интеграция флуоресцентных измерений и магнитных пинцетов - мощный метод для того, чтобы контролировать динамику структуры ДНК, и, поскольку, применяются биофизические методики, это не трудно осуществить», - сказал Стоун. Его лаборатория работала с молекулами ДНК, содержащими последовательность G-квадруплекса из теломеры ДНК человека, прикрепляя один конец ДНК к предметному стеклу, а другой конец к крошечной магнитной грануле. Магнит располагался выше образца надетого на гранулу, прилагая растягивающее усилие на молекулу ДНК, которая изменялась от того, как близко магнит располагался к образцу.
В то же самое время, исследователи использовали методику флюоресценции, называемую одиночной молекулой FRET (резонансное энергетическое перемещение по Форстеру), чтобы контролировать небольшие структурные изменения в ДНК. «FRET может осмысливаться как молекулярная масштабная линейка», - сказал Стоун. Поскольку энергия от одной флуоресцентной окрашенной молекулы передается второй окрашенной молекуле, эффективность энергетического перемещения может быть измерена в режиме реального времени. Молекулы красителя могут присоединяться непосредственно к молекуле ДНК в активных центрах, позволяя исследователям контролировать молекулярную динамику системы, поскольку это управляется магнитными пинцетами.
«Не обязательно быть специалистом, чтобы использовать эту методику, таким образом, она может быть легко передана другим лабораториям и широко использоваться в этих видах исследований», - сказал Стоун.
Источник: medicinenet.com