ДНК-це молекула з досить одноманітною структурою, її важко змусити виконувати будь-які нові функції. Однак нещодавно вчені змогли надати їй форму “ДНК-салату” (DNA lettuce), яка вибірково пов’язує особливі фрагменти білків і завдяки цьому флуоресціює. Нова стаття в Nature розповідає про механізми цього явища і його можливе застосування.
Електростатичний потенціал на поверхні “ДНК-салату” / © doi.org/10.1038/s41586-023-06229-8
Такі біомолекули, як РНК, і тим більше білки можуть мати різну структуру. Саме завдяки цьому їх функції також дуже різноманітні — від прискорення хімічних реакцій до створення опорних структур клітини.
На цьому тлі можливості ДНК виглядають скромно. Ця молекула головним чином зберігає в собі генетичну інформацію і має всього кілька основних форм.
Однак вчені успішно змусили ДНК взяти на себе і інші функції, створивши на її основі нові, штучні конструкції на зразок ДНК-орігамі. Нещодавно була створена ще одна нестандартна структура ДНК – її назвали lettuce, тобто «салат-латук», «ДНК-салат». Вона являє собою конструкцію з чотирьох променів, що розходяться, яка здатна утримувати в центрі флуорофор, який світиться — частину білка GFP.
Нагадаємо: GFP, або зелений флуоресцентний білок, — білок з унікальною структурою, вперше виділений з медузи еквореї. Якщо на нього подіяти синім світлом, він починає флуоресціювати в зеленій частині спектра. GFP став родоначальником цілої палітри флуоресцентних білків, яка перетворила сучасну біологію.
Раніше здатність зв’язати флуорофор білка і світитися показали у РНК, а автори нової статті в Nature з’ясували, як це працює в разі «ДНК-салату».
- Помірне вживання алкоголю пов’язали з накопиченням заліза в мозку
- Як жирні кислоти омега-3 долають гематоенцефалічний бар’єр
- Виявлено білок, який запускає серйозну регенерацію шкіри
Вони отримали комплекс незвичайної ДНК з трьома різними флуорофорами, запозиченими у білків, які світяться. Його структуру з високою роздільною здатністю допомогли встановити сучасні фізичні методи — кріоелектронна мікроскопія і рентгенівська кристалографія.
Виявилося, “ДНК-салат” має форму чотирипроменевої зірки, в центрі якої сходяться одноланцюгові ДНК. Складна конструкція утримується мережею водневих зв’язків і незвичайних діагональних взаємодій «стопок» азотистих основ (стекінг). В її центрі утримується один з білкових флуорофорів білка, причому «ДНК-салат» проявляє до них вибірковість.
Вчені також ввели в послідовність цієї ДНК ряд мутацій і з’ясували, які з них порушують або, навпаки, посилюють флуоресценцію. Це допомогло зрозуміти, які частини двох молекул контактують і як змінити ДНК, щоб керувати флуоресценцією.
Дослідники сподіваються незабаром знайти застосування для “ДНК-салату”, як це вже зробили з іншими незвичайними структурами на основі ДНК. Його можна використовувати в якості біосенсору, який розпізнає іншу нестандартну ДНК – так звані R-петлі — як і різних патогенів на зразок SARS-CoV-2.