Bo choć większość cząsteczek DNA rzeczywiście przyjmuje klasyczną postać podwójnej helisy, nie jest to jedyna możliwa konfiguracja. W odpowiednich warunkach fragmenty materiału genetycznego potrafią zwijać się w bardziej złożone formy przestrzenne, znane zbiorczo jako struktury niekanoniczne. Przez wiele lat uważano, że są one laboratoryjną ciekawostką, jednak dziś wiadomo, że powstają również w żywych komórkach.
Czytaj też: Grzyb zombie z Amazonii skrywał tajemnicę. Naukowcy odkryli jego alter ego
Jedną z najlepiej poznanych jest G-kwadrupleks. Tworzy się on w regionach bogatych w guaninę, gdzie zamiast klasycznych par zasad cztery cząsteczki guaniny łączą się w stabilne, piętrowo ułożone struktury. Takie układy często występują w pobliżu genów odpowiedzialnych za wzrost komórek oraz w telomerach, czyli fragmentach chromosomów chroniących materiał genetyczny przed uszkodzeniami.
Druga niezwykła struktura składa się głównie z cytozyny. Przez długi czas środowisko naukowe wątpiło, że może ona istnieć w żywych komórkach, ponieważ wydawała się stabilna jedynie w specyficznych warunkach laboratoryjnych. Dopiero zastosowanie specjalnie zaprojektowanych przeciwciał pozwoliło zaobserwować, że takie struktury rzeczywiście pojawiają się w ludzkim jądrze komórkowym. Co ciekawe, nie są one trwałe: tworzą się i zanikają, prawdopodobnie w odpowiedzi na aktualne potrzeby komórki.
Ekspertyzy ujawniły również inne nietypowe konfiguracje DNA, takie jak potrójne helisy, struktury przypominające spinki do włosów czy krzyżowe układy nici. Wszystkie powstają dzięki charakterystycznym sekwencjom nukleotydów i lokalnym zmianom w sposobie zwijania materiału genetycznego. Coraz więcej dowodów wskazuje na to, że nie są przypadkowym efektem ubocznym działania komórki, lecz pełnią konkretne funkcje biologiczne.
Największe zainteresowanie budzi ich wpływ na aktywność genów. Niestandardowe struktury mogą działać jak biologiczne przełączniki, ułatwiając lub blokując dostęp białek odpowiedzialnych za odczytywanie informacji zapisanej w DNA. W efekcie decydują o tym, które geny zostaną aktywowane, a które pozostaną wyciszone. To niezwykle ważny mechanizm, ponieważ prawidłowa regulacja ekspresji genów odpowiada za rozwój organizmu, różnicowanie komórek oraz reakcję na stres.
Czytaj też: Pod Wielkimi Jeziorami znajduje się ukryty świat. Tamtejsze gatunki żywią się… skałami
Nieprawidłowe powstawanie takich struktur może mieć jednak również ciemniejszą stronę. Coraz więcej badań sugeruje, że są one związane z niestabilnością genomu i mogą zwiększać ryzyko mutacji prowadzących do rozwoju nowotworów oraz niektórych chorób neurologicznych. Z drugiej strony właśnie ta zależność sprawia, że stają się one atrakcyjnym celem dla nowych terapii. Naukowcy pracują nad cząsteczkami, które mogłyby stabilizować lub blokować określone struktury DNA, wpływając w ten sposób na aktywność genów odpowiedzialnych za rozwój choroby.
Źródło: Nucleic Acids Research