人类细胞中发现了神秘的新DNA结构

大约65年前,詹姆斯·D·沃森(James D. Watson)和弗朗西斯·H·C·克里克(Francis H.C. Crick)有了一个启示性的发现。“我们已经发现了生命的秘密!”沃森后来声称,克里克是在一家酒吧里脱口而出的,当时两人已经绘制出了著名的DNA双螺旋结构。

现在,科学家们发现了DNA拥有另一种结构。除了双螺旋外,一种被称为i-基元(i-motif)的四链缠绕结构已被证明存在于我们的遗传物质中。它在人类细胞内的检测表明,它是自然发生的,可能具有一种生物作用,可以靶向治疗癌症等疾病。

人类细胞中发现了神秘的新DNA结构
i-基序结构

“人们已经证明可以用实验室技术在试管中形成这些i-基序结构,”澳大利亚加文医学研究所抗体治疗学主任丹尼尔·克里斯特说,“但最突出的是证实了这些结构确实存在于活的人类细胞中。这就是我们现在所展示的,这意味着我们的细胞中存在完全不同的DNA结构。”

在新的研究中,克里斯特和他的同事开发了一种抗体片段,专门寻找并结合i-基元。该抗体配备了在荧光灯下发光的生物标记物。通过这种方式,研究小组能够通过识别细胞核中的荧光标记来绘制i-基元的位置。

克里斯特说,这种方法在推进我们对i-基元的理解方面确实向前迈了一步,因为知道它们发生在哪里可以提供线索,了解它们可能在做什么。人类的DNA是一种巧妙包装的奇迹。如果一个细胞的DNA被拉伸,它会延伸大约6.5英尺(约2米)。将30亿个碱基对塞在6微米(0.0002英寸)宽的空间里的必要性意味着遗传物质以复杂的模式排列和折叠。

在这种错综复杂的结构中,双螺旋结构占主导地位,但是,克里斯特说他的团队发现i-基元结构“相当普遍”。虽然他们还不能估计DNA中i-基元的实际数量,但在每个基因组中可能有10000个。它们也是“动态的”,也就是说它们可以根据情况折叠和展开。

这些结构主要由胞嘧啶(DNA(和RNA)中发现的四种主要碱基之一)以及腺嘌呤、鸟嘌呤和胸腺嘧啶组成。通常胞核嘧啶与鸟嘌呤在DNA的双螺旋结构中结合,但在i-基序中,胞核嘧啶彼此结合形成双螺旋的分支。

这种奇特的结构似乎适应于酸性环境。上世纪90年代的实验室实验中就曾在这种情况下检测到i-基元,而最新的研究发现,当酸性环境变得更强时,这种结构在人体细胞内的流行程度就会增加。

那么这些结构为什么会存在呢?科学家们还不确定,但一些因素表明它们可能在调节基因产生方面发挥作用。密西西比大学化学和生物化学教授兰迪·沃金斯(Randy Wadkins)说,一个原因是i-基序主要发生在DNA结构中基因形成的“上游”。

沃金斯解释说:“我们在人类基因组中有大约3万个基因,但它们不是一直产生的,这不是一个连续的过程。”“这些机制可能在基因形成之初就像一个表盘,决定你是制造少量还是大量的基因。i-基序可能通常位于像这样的表盘刻度所在的地方。”

沃金斯的实验室一直在研究i-基序在癌症中的可能作用。癌细胞的问题在于它们繁殖迅速,生长不受控制。如果i-基序结构在调节信号肿瘤生长的基因中起作用,那么它可能为未来阻止癌症扩散的疗法提供了一个目标。

沃金斯说:“如果你能找到一个单独与i-基序相互作用的小分子,那么你可能就能调控肿瘤细胞的形成。”他补充说,目前这还只是推测。

紧接着的下一步将是确认澳大利亚团队的发现,然后深入研究这些新的DNA结构的细节和功能。正如克里斯特所说,科学家们刚刚开始了解人类DNA的所有形式和功能。

“我们只能解释大约2%的人类基因组,”克里斯特说,“它的大部分功能仍然是一个谜。i基序的发现增加了一个新的视角,通过它我们可以观察基因组并理解它是如何工作的。”

作者:是柚子呀,如若转载,请注明出处:https://eozlab.com/zirankexue/shengwu/543.html