在活的人类细胞中发现了神秘的新DNA结构

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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。克里斯Hammang

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)有了一个发人深省的发现。“我们已经发现了生命的秘密!”克里克脱口而出在两人绘制出著名的DNA双螺旋结构后,沃森后来在酒吧里说。

现在科学家们已经发现了“生命的秘密”——DNA-承载另一种结构。除了双链螺旋,还有一种四链纠缠,即i-motif,已被证明存在于我们的遗传物质中。18新利最新登入它在人类细胞内的检测表明,它是自然发生的,可能具有生物学作用,可以靶向治疗疾病,如癌症

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“人们已经证明,可以使用实验室技术在试管中18新利最新登入形成这些i-motif结构,”澳大利亚加文医学研究所(Garvan Institute of Medical Research)抗体治疗学负责人丹尼尔·克里斯特(Daniel Christ)说研究关于DNA结构的研究发表在4月23日的《自然化学》杂志上。“但令人瞩目的是,这些结构确实存在于活的人类细胞中。这就是我们现在所证明的,这意味着我们的细胞中存在完18新利最新登入全不同的DNA结构。”

荧光的跟踪

在这项新的研究中,Christ和他在加文研究所的同事Mahdi Zeraati和Marcel Dinger开发了一种抗体片段,可以专门寻找i-motif并与之结合。这种抗体带有在荧光灯下发光的生物标记。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-motif的位置。

克里斯特说,这种方法确实“推动了”我们对i-motifs的理解,因为知道它们在哪里出现可以为它们可能在做什么提供线索。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6.5英尺(约2米)。在仅6微米(0.0002英寸)宽的空间内塞入30亿个碱基对的必然性意味着遗传物质以复杂的模式排列和折叠。

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嵌入DNA链的i-motif的插图。
马赫迪Zeraati

在这种复杂的结构中,双螺旋结构占主导地位,但Christ说他的团队发现i-motif结构“相当常见”。丁格在一封电子邮件中说,虽然他们还不能估计DNA中i-motif的实际数量,但每个基因组中可能有10,000个i-motif。它们也是“动态的”,这意味着它们可以根据条件折叠和展开。

这种结构主要由胞嘧啶组成,胞嘧啶是DNA(和RNA)中发现的四个主要碱基之一,另外还有腺嘌呤、鸟嘌呤和胸腺嘧啶。在DNA的双螺旋结构中,胞嘧啶通常与鸟嘌呤结合,但在i-motif中,胞嘧啶相互结合形成双螺旋结构的分支。

这种奇特的结构似乎也有利于酸性环境。这些都是i-motif在20世纪90年代的实验室实验中被检测到的情况,最新的研究发现,当环境变得更酸性时,这种结构在人类细胞内的流行程度会增加。

那么这些结构为什么存在呢?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·瓦德金斯(Randy Wadkins)没有参与这项研究,他说,一个原因是i-motif主要发生在DNA结构中基因制造的“上游”。

Wadkins解释说:“我们在人类基因组中有大约3万个基因,但它们并不是一直都在合成的——这不是一个连续的过程。”“这些机制可能就像基因形成之初的刻度盘一样,决定了你是制造少量还是大量的这种基因。i-motifs通常位于像这样的表盘所在的地方。”

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可能与癌症有关

Wadkins的实验室一直在研究i-motif在癌症中的可能作用。癌细胞的问题是它们繁殖迅速,生长不受控制。如果i-motif结构在调控肿瘤生长信号基因中发挥作用,那么它可能为未来的治疗提供一个靶点,以阻止癌症的扩散。

“如果你能找到一种单独与i-motif相互作用的小分子,那么你可能能够调节肿瘤细胞的形成,”Wadkins说,并补充说,目前这只是推测。

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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DNA结构的细节和功能。正如丁格所说,科学家们才刚刚开始了解人类DNA的所有形式和功能。

丁格说:“我们只能解释大约2%的人类基因组。”“其中大部分的功能仍然是一个谜——i-motif的发现为我们提供了一个新的视角,通过它我们可以观察基因组并了解它是如何工作的。”18新利最新登入

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