在人类细胞中发现了神秘的新DNA结构

大约65年前，詹姆斯·d·沃森和弗朗西斯·h·c·克里克有了一个启发性的发现。“我们发现了生命的秘密!”克里克脱口而出在两人绘制出著名的DNA双螺旋结构后，沃森后来在酒吧里宣称。

现在科学家们已经发现了“生命的秘密”——DNA-承载另一种结构。除了双链螺旋外，一种被称为i基序的四链缠结已被证明存在于我们的遗传物质中。它在人体细胞内的检测表明，它是自然发生的，可能具有一种生物学作用，可以靶向治疗诸如癌症．

“人们已经证明，你可以使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。“但最突出的是证实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着完全不同的DNA结构。”

荧光的跟踪

在这项新研究中，Christ和他在Garvan研究所的同事Mahdi Zeraati和Marcel Dinger开发了一种抗体片段，专门寻找并结合i-motif。该抗体配备了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基序的位置。

克里斯特说，这种方法确实“推动了”我们对“我”母题的理解，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。如果将一个细胞的DNA展开，它将延伸约6.5英尺(约2米)。在6微米(0.0002英寸)宽的空间内填充30亿个碱基对的需要意味着遗传物质以复杂的模式排列和折叠。

在这种复杂的结构中，双螺旋结构占主导地位，但是，克里斯特说，他的团队发现i-motif结构“相当普遍”。丁格在一封电子邮件中说，虽然他们还不能估计DNA中i基序的实际数量，但每个基因组中可能有10000个。它们也是“动态的”，这意味着它们可以根据条件折叠和展开。

这些结构主要由胞嘧啶组成，胞嘧啶是DNA(和RNA)中发现的四种主要碱基之一，另外三种是腺嘌呤、鸟嘌呤和胸腺嘧啶。正常情况下，胞嘧啶在DNA的双螺旋结构中与鸟嘌呤结合，但在i基序中，胞嘧啶相互结合形成双螺旋的分支。

这种奇特的结构似乎也有利于酸性环境。早在20世纪90年代，人们就在实验室实验中发现了这种i基序，而最新的研究发现，当环境变得更酸时，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。没有参与这项研究的密西西比大学(University of Mississippi)化学和生物化学教授兰迪·沃金斯(Randy Wadkins)说，原因之一是i基序主要发生在DNA结构中基因形成的“上游”。

Wadkins解释说:“人类基因组中大约有3万个基因，但它们并不是一直被制造出来的——这不是一个连续的过程。”“这些机制可能就像基因形成初期的刻度盘一样，决定了你是产生了一点点还是很多这种基因。i型图案通常位于像这样的表盘所在的地方。”

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基序结构在调节肿瘤生长信号的基因中起作用，那么它可能为未来的治疗提供一个目标，以阻止癌症的扩散。

Wadkins说:“如果你能找到一个单独与i-motif相互作用的小分子，那么你可能就能调节肿瘤细胞的形成。”他补充说，目前这只是猜测。

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，”丁格说。“它的大部分功能仍然是一个谜——i基序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。”