Odkrycie DNA, jako podwójnej helisy jest wielkim odkryciem nauki - dziełem czterech naukowców pracujących razem, aby rozwiązać jedną z największych tajemnic naukowych.  Ale dziesiątki lat później wciąż dowiadujemy się, że DNA jest bardziej skomplikowaną konstrukcją biologiczną, niż myśleliśmy.

Naukowcy właśnie odkryli nowy kształt DNA. W badaniu opublikowanym w magazynie Nature Chemistry, zespół naukowców z Centrum Badań Genomicznych w Sydney opisuje DNA, jako czteroniciową strukturę podobną do węzła – zwaną motywem i – w ludzkiej komórce, obalając sporą część z tego, co do tej pory uważaliśmy za fakty.

Wiemy już, że DNA może występować w różnych formach, takich jak potrójne helisy lub krzyże. I-motif - tak nazwali go naukowcy - nie jest pierwszą czteroniciową strukturą, którą można znaleźć w ludzkich komórkach. Naukowcom już się to udało. Chodzi o odkrycie DNA G-kwadrupleks u ludzi w 2013 r. Jednak po raz pierwszy w ludzkich komórkach znaleziono i-motif. Strukturę i-motif zauważono po raz pierwszy około dwie dekady temu, w warunkach laboratoryjnych, a większość naukowców zakładała, że prawdopodobnie nigdy nie zostanie znaleziony w przyrodzie.

- To wywołało debatę naukową - mówi Daniel Christ, dyrektor Centrum Terapii w Instytucie Garvana i współautor nowego badania.  - Dostarczamy pierwszych bezpośrednich dowodów na istnienie struktury i-motyw w komórkach w warunkach fizjologicznych – dodaje.

Oto jak działa i-motif: wyobraźmy sobie niewielki odcinek podwójnej helisy DNA, w której rozpadają się wiązania wodorowe łączące dwie główne nici, podczas gdy spirala nagle się odkręca. Jeśli jedna z nici jest wypełniona klinami cytozyny (jeden z czterech głównych kwasów nukleinowych, które zawierają DNA), zapętla się jak sznurówka. Wewnątrz pętli tworzą się wiązania wodorowe, wiążąc cytozyny ze sobą (zamiast guaniny, jak to zwykle bywa w podwójnej helisie).

- Zasadniczo tworzą one rusztowanie, w którym każde wiązanie C-C ma 90 stopni w stosunku do odpowiedniej pary C-C - mówi Laurence Hurley, chemik medyczny z University of Arizona, który brał udział w badaniu.

Aby potwierdzić obecność i-motif w ludzkim DNA i dokładnie określić ich lokalizację, zespół z Sydney stworzył specjalny fragment cząsteczki przeciwciała zdolny do wiązania ze nową strukturą. Następnie zastosowali techniki fluorescencyjne, aby podświetlić cząsteczki przeciwciał pod mikroskopem. Jest to powszechnie stosowana metoda w chemii i biologii, która powinna rozwiać wątpliwości dotyczące nowego "skrętu".

Jak wpływ na nasz organizm ma i-motif?

Jest sporo dowodów sugerujących, że odgrywa on rolę w transkrypcji białek (kiedy komórka używa DNA, jako instrukcji do tworzenia różnych białek). Zespół z Sydney badał obecność i-motif podczas wszystkich faz cyklu komórkowego i odkrył, że pojawiają się one najczęściej, gdy DNA jest aktywnie transkrybowane, ale znikają one, gdy DNA jest replikowane.

Według niektórych naukowców istnieją specyficzne białka i mechanizmy, które działają na rzecz odwijania DNA, tworzenia i-motifu fałdowania i stabilizowania ich podczas transkrypcji, a następnie rozwijania tych pętli i składania ich z powrotem w podwójną helisę podczas podziału komórki. Można to osiągnąć bez ustawienia typowego dla motywów. W tym tkwi siła tych struktur. Są bardzo dynamiczne, można je składać i rozkładać, dzięki czemu można aktywować transkrypcję.

Naukowcy odkryli, że motywy i mają wiele wspólnego z genami związanymi z rakiem, takimi jak MYC (w zmutowanej wersji występuje w wielu nowotworach, prowadzi do nieuregulowanej ekspresji wielu genów, z których niektóre biorą udział w namnażaniu komórek i powodują powstawanie raka) i KRAS (kiedy działa normalnie, kontroluje namnażanie komórek, gdy jest zmutowany, negatywna sygnalizacja jest zakłócona, komórki mogą ciągle proliferować, czyli namnażać się i często przekształcają się w raka) oraz BCL-2 (który stanowi składnik zegara cyklu komórkowego, zmutowany zapobiega apoptozie, czyli zaprogramowanej śmierci komórki, co uniemożliwia mi.n. usuwanie komórek rakowych z organizmu). 

Istnieją już firmy, które starają się wykorzystać to odkrycie jako potencjalne cele dla nowych leków przeciwnowotworowych i zapobiegać onkogenezie na samym poziomie genetycznym.

W dalszym ciągu potrzeba lat lub nawet dziesięcioleci, aby dowiedzieć się, czym jest i-motif, jak działa i jak możemy w pełni wykorzystać możliwości tego odkrycia