Uobičajena predodžba o izgledu DNA kao dvostruke uzvojnice mogla bi se promijeniti. Genetski materijal ne zadržava uvijek taj poznati oblik, već se pojedini dijelovi mogu saviti u kompaktne, četverolančane strukture. Znanstvenici su takve neobične oblike ranije uočili unutar stanica, a sada u novoj studiji tvrde da su ih pronašli i u ljudskoj krvnoj plazmi, piše Science Alert.
Genetski materijal u krvotoku
Nakon što stanice u tijelu odumru, iza sebe ostavljaju male fragmente DNA. Ti fragmenti ulaze u krvotok i sadrže informacije o procesima u organizmu. Znanstvenici su se dosad usredotočili na analizu samog slijeda: genetskih slova, duljine svakog fragmenta i dijela genoma iz kojeg potječu. No, nova preprint studija upućuje na to da bi i način na koji je fragment presavijen mogao biti jednako važan.
Potraga za četverolančanim strukturama
Istraživači su u genetskom materijalu iz ljudske plazme otkrili četverolančane strukture poznate kao G-kvadrupleksi ili G4.
"Naša studija, prema našim saznanjima, pruža prvi izravni biokemijski dokaz da presavijene strukture G-kvadrupleksa postoje u nukleinskim kiselinama iz ljudske plazme", izjavio je za Science Alert molekularni biolog Robert Hänsel-Hertsch sa Sveučilišta u Kölnu.
Struktura G4 nastaje kada se četiri kopije genetskog slova gvanina povežu u kvadrat. Više takvih kvadrata može se naslagati jedan na drugi i tako formirati kompaktnu strukturu koja se značajno razlikuje od dvostruke uzvojnice.
Istraživanje je potaknula pojava neobičnih, ultrakratkih fragmenata izvanstanične DNA. S duljinom od samo pedesetak genetskih slova, ti su pojedinačni lanci bili premali da bi ih uhvatile standardne metode filtriranja.
Neki od tih fragmenata imali su dovoljno gvanina za formiranje G4 struktura, a tu su mogućnost potvrdile i računalne analize. Međutim, teorijska mogućnost formiranja strukture nije dokaz da ona doista postoji u presavijenom obliku. Znanstveni tim morao je pronaći te strukture u ljudskoj krvi dok su još bile presavijene.
Metoda detekcije
Zadatak se pokazao složenim. Standardni postupci ekstrakcije DNA iz plazme mogli su uništiti osjetljive strukture ili potaknuti njihovo naknadno formiranje tijekom eksperimenta. Da su se G4 strukture pojavile tek na kraju procesa, istraživači ne bi mogli znati jesu li postojale u krvotoku ili su nastale u laboratoriju.
Tim je stoga primijenio nježniju metodu. Genetski materijal prikupili su izravno iz plazme, bez zagrijavanja i drugih koraka ekstrakcije koji bi mogli narušiti njegov oblik. Zatim su upotrijebili dva neovisna detektora: antitijelo koje prepoznaje G4 strukture i malu molekulu koja svijetli kada se veže za njih. Oba detektora zabilježila su pozitivan signal.
Kao kontrolu, testirali su i genetski slijed koji se ne može presaviti u G4 oblik, a on nije proizveo signal. Konačnu provjeru napravili su tako što su oba detektorska agensa istovremeno primijenili na uzorak. Svaki je smanjio signal onog drugog, što je potvrdilo da se oba vežu za iste presavijene G4 strukture, a ne nasumično za bilo koji materijal.
Nova pitanja i budući koraci
"Struktura predstavlja dodatan sloj informacija, pa i biologije, koji se ne može iščitati samo iz sekvenciranja", rekao je Hänsel-Hertsch.
Ipak, ovo je otkriće otvorilo i nova pitanja. Iako je istraživanje započelo proučavanjem ultrakratke DNA, eksperiment nije mogao utvrditi jesu li uočeni G4 oblici nastali od DNA ili RNA molekula. RNA se također može saviti u isti četverolančani oblik, a detektori prepoznaju samu strukturu, neovisno o molekuli od koje je sačinjena. Hänsel-Hertsch je to opisao kao "stvarno ograničenje" studije.
Jedan od idućih koraka bit će obrada prikupljenog materijala enzimima koji razgrađuju ili DNA ili RNA, nakon čega će se testiranje ponoviti. Sekvenciranje preostalih presavijenih molekula moglo bi otkriti njihov točan identitet i porijeklo u genomu. Znanstvenici također još ne znaju koja su tkiva oslobodila te strukture, kao ni jesu li se one presavile unutar stanica ili tek nakon ulaska u krvotok.
Potencijalni značaj za dijagnostiku
Strukture G4 često se pojavljuju u dijelovima genoma koji reguliraju aktivnost gena, a njihove povišene razine zabilježene su kod nekoliko vrsta tumora. To upućuje na mogućnost da bi G4 strukture u krvi jednog dana mogle pružiti informacije o raku koje se ne mogu dobiti samo analizom genetskog slijeda.
Ipak, važno je naglasiti da ovo još nije novi test za rak. Svrha studije bila je potvrditi postojanje presavijenih G4 struktura u plazmi, a ne uspoređivati uzorke pacijenata i zdravih pojedinaca.
Prije bilo kakve dijagnostičke primjene, istraživači moraju identificirati molekule i izmjeriti njihovu količinu u precizno definiranim skupinama pacijenata i zdravih dobrovoljaca. Tek tada će se moći utvrditi mijenja li bolest broj, porijeklo ili uzorak ovih presavijenih struktura na način koji bi bio koristan za dijagnostiku.
Preprint studija dostupna je na platformi bioRxiv.