研究显示人类细胞中的四链“四联螺旋”DNA结构

浏览次数:35 时间:1970-01-01

剑桥大学的科学家发表了一项新的研究,显示在人类基因组中存在着称为G-四联体的四链“四联螺旋”DNA结构。

1953年,剑桥研究人员沃森和克里克发表了一篇论文,描述了交织“双螺旋”DNA结构 - 所有生命的化学代码。

现在,在这个科学里程碑成立60周年的那年,剑桥的研究人员发表了一篇论文,证明在人类基因组中也存在称为G-四链体的四链“四重螺旋”DNA结构。它们形成富含鸟嘌呤结构的DNA区域,通常缩写为'G'。

这些发现标志着科学家们超过10年的研究成果展示了这些复杂的结构体内 - 在活的人类细胞中 - 从假设的工作,通过计算机建模到合成实验室实验,最后在使用荧光生物标记物的人癌细胞中进行鉴定。

这项研究今天在Nature Chistry上发表,并由英国癌症研究所资助,继续展示了四链四链体浓度与DNA复制过程之间的明确联系,这对细胞分裂和生产至关重要。

通过将四联体靶向捕获并包含这些DNA结构的合成分子 - 防止细胞复制其DNA并因此阻止细胞分裂 - 科学家们相信,有可能阻止癌症根源处的失控细胞增殖。

来自剑桥大学化学系和剑桥研究所的Shankar Balasubramanian教授表示:“我们看到了四聚体与分子之间的联系,以及阻止细胞分裂的能力,这非常令人兴奋。

“研究表明,四联体更可能发生在快速分裂的细胞基因中,如癌细胞。对我们来说,它强烈支持一种新的研究范式 - 将这些四链结构作为未来个性化治疗的目标。“

过去几十年的物理研究表明,四联体DNA可以在体外形成 - 在“试管”中,但该结构被认为是好奇而不是自然界中发现的特征。研究人员现在首次知道它们实际上是在人类细胞的DNA中形成的。

癌症研究英国高级科学信息经理Julie Sharp博士说:“这项研究进一步强调了利用这些不寻常的DNA结构来击败癌症的潜力 - 这一管道的下一部分是弄清楚如何将它们定位于肿瘤细胞。

“结构解决已经60年了,但像这样的工作向我们展示了DNA的故事继续扭曲和转变。”

今天发表的这项研究由剑桥研究所Balasubramaninan实验室的研究员Giulia Biffi领导。

通过在以前的研究基础上,Biffi能够生成抗体蛋白质,能够检测和结合富含四链体结构的DNA的人类基因组中的区域,证明它们存在于活的人类细胞中。

利用荧光标记抗体,研究人员可以确定是否存在四链DNA的“热点” - 无论是在基因组中,还是在细胞分裂的哪个阶段。

虽然在整个人类细胞基因组及其分裂周期中均发现四联体DNA相当一致,但是当荧光染色在's期'期间增长更强烈时显示显着增加 - 在细胞周期中DNA复制的细胞周期中的点分。

癌症通常由被称为癌基因的基因驱动,这些基因突变增加DNA复制 - 导致细胞增殖失控并导致肿瘤生长。

癌基因中增加的DNA复制速率导致四联体结构中的强度。这意味着潜在的破坏细胞活动可以用合成分子或其他形式的治疗来靶向。

“我们发现通过用合成分子捕获四链体DNA,我们可以将它们隔离并稳定下来,为我们如何研究细胞分裂停顿提供重要见解,”Balasubramanian说。

“有很多我们还不知道。一个想法是这些四联体结构在DNA复制过程中可能有点麻烦 - 比如形成结或缠结。

“他们是否为功能发展?这是一个哲学问题,它们是否在设计中存在 - 但它们存在,自然必须处理它们。也许通过瞄准他们,我们正在为他们造成的破坏做出贡献。“

该研究表明,如果使用抑制剂阻断DNA复制,则四链体水平降低 - 证明DNA是动态的,并且结构不断形成和未形成。

研究人员之前还发现,具有更高水平四联体DNA的过度活跃基因更容易受到外部干扰。

“这些数据支持这样的想法,即某些癌症基因可以被设计用来结合特定DNA序列的小分子有效地干扰,”Balasubramanian说。

“目前许多癌症治疗都会攻击DNA,但目前还不清楚这些规则是什么。我们甚至不知道基因组中的哪些部分发生了反应 - 它可能是一种散射枪法。

“具有这些基序的具有这些基序的基因的特定癌细胞现在可以被靶向,并且似乎比正常细胞更容易受到干扰,这是一个惊人的前景。

“'四重螺旋'DNA结构可能是选择性抑制癌细胞增殖的新方法的关键。确认它在人类细胞中的存在是一个真正的里程碑。“

来源:剑桥大学

图片:来自Shutterstock的DNA

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