Un'impressione artistica della struttura del DNA i-motif all'interno delle cellule, insieme allo strumento a base di anticorpi utilizzato per rilevarlo. Chris Hamman Circa 65 anni fa, James D. Watson e Francis H.C. Crick ha fatto una scoperta rivelatrice. "Abbiamo trovato il segreto della vita!" Sbottò Crick in un pub, Watson avrebbe poi affermato, dopo che la coppia ha mappato la famosa struttura a doppia elica del DNA.
Ora gli scienziati hanno scoperto che il "segreto della vita" – il DNA – ospita un altro tipo di struttura. Oltre alla spirale a doppio filamento, un groviglio a quattro fili, noto come motivo-i, ha dimostrato di esistere in tutto il nostro materiale genetico. Il suo rilevamento all'interno delle cellule umane suggerisce che si verifica naturalmente e potrebbe svolgere un ruolo biologico che potrebbe essere mirato al trattamento di malattie come il cancro.
"Le persone avevano già dimostrato che è possibile formare queste strutture i-motif nella provetta utilizzando tecniche di laboratorio, "dice Daniele Cristo, capo della terapia anticorpale presso il Garvan Institute of Medical Research in Australia e coautore di uno studio sulle strutture del DNA pubblicato il 23 aprile su Nature Chemistry. "Ma ciò che è stato eccezionale è la convalida che queste strutture esistono effettivamente nelle cellule umane vive. Questo è ciò che abbiamo ora dimostrato e significa che nelle nostre cellule esistono strutture di DNA completamente diverse".
Nel nuovo studio, Cristo e i suoi colleghi del Garvan Institute, Mahdi Zeraati e Marcel Dinger, ha sviluppato un frammento di anticorpo che cerca e si lega specificamente agli i-motif. L'anticorpo era dotato di un marcatore biologico che si illumina alla luce fluorescente. Per di qua, il team è stato in grado di mappare dove si trovavano i motivi i identificando marcatori fluorescenti nei nuclei delle cellule.
Il metodo, Cristo dice, davvero "muove l'asticella" nell'avanzare la nostra comprensione degli i-motif poiché sapere dove si verificano può fornire indizi su ciò che potrebbero fare. Il DNA umano rappresenta una meraviglia in una confezione ingegnosa. Se il DNA di una cellula fosse allungato, si estenderebbe per circa sei piedi e mezzo (circa 2 metri). La necessità di stipare 3 miliardi di paia di basi in uno spazio di soli 6 micron (0,0002 pollici) significa che il materiale genetico è disposto e piegato in schemi intricati.
Un'illustrazione di un motivo i incorporato in un filamento di DNA. Mahdi Zeraati All'interno di questo intricato imballaggio, domina la struttura a doppia elica, ma, Christ afferma che il suo team ha scoperto che le strutture i-motif sono "piuttosto comuni". Anche se non possono ancora stimare il numero effettivo di motivi-i nel DNA, probabilmente sono nel 10, 000 all'interno di ogni genoma, Dinger dice in una e-mail. Sono anche "dinamici, " nel senso che possono piegarsi e dispiegarsi, a seconda delle condizioni.
Le strutture sono costituite principalmente da citosine, una delle quattro basi principali presenti nel DNA (e nell'RNA), insieme all'adenina, guanina e timina. Normalmente le citosine si legano alle guanine nella struttura a doppia elica del DNA, ma in i-motivi, le citosine si legano tra loro per formare un ramo dalla doppia elica.
Le strutture bizzarre sembrano anche favorire condizioni acide. Questi sono i tipi di condizioni in cui gli i-motif erano stati precedentemente rilevati durante esperimenti di laboratorio negli anni '90, e l'ultima ricerca ha scoperto che la prevalenza delle strutture aumenta all'interno della cellula umana quando l'ambiente è reso più acido.
Allora perché esistono le strutture? Gli scienziati non sono ancora sicuri, ma alcuni fattori suggeriscono che possono svolgere un ruolo nella regolazione della produzione genica. Una ragione è che i motivi i si verificano principalmente "a monte" da dove vengono prodotti i geni nella struttura del DNA, secondo Randy Wadkins, un professore di chimica e biochimica presso l'Università del Mississippi che non è stato coinvolto nello studio.
"Abbiamo circa 30, 000 geni nel genoma umano ma non vengono creati continuamente — non è un processo continuo, "Spiega Wadkins. "Questi potrebbero essere meccanismi che funzionano come un quadrante all'inizio della formazione del gene che determina se si fa poco o molto di quel gene. Gli i-motif si trovano generalmente in luoghi in cui si trovano quadranti come questo."
Il laboratorio di Wadkins ha studiato il possibile ruolo degli i-motif nel cancro. Il problema con le cellule cancerose è che si riproducono rapidamente e la loro crescita è incontrollata. Se la struttura i-motif svolge un ruolo nella regolazione dei geni che segnalano la crescita di un tumore, quindi potrebbe offrire un obiettivo per future terapie per fermare la diffusione del cancro.
"Se potessi trovare una piccola molecola che interagisce solo con i-motif, allora potresti essere in grado di regolare la formazione di, dire, cellule tumorali, " Wadkins dice, aggiungendo che per ora si tratta solo di speculazioni.
Il prossimo passo immediato sarà confermare le scoperte del team australiano e quindi approfondire le specifiche e le funzioni di queste nuove strutture del DNA. Come dice Dinger, gli scienziati sono solo all'inizio della comprensione di tutte le forme e le funzioni del DNA umano.
"Possiamo interpretare solo circa il 2% del genoma umano, " dice Dinger. "La funzione della maggior parte di esso rimane un mistero:la scoperta dell'i-motif aggiunge una nuova lente attraverso la quale possiamo guardare il genoma e capire come funziona".
Ora è interessanteJames Watson, Frances Crick e Maurice Wilkins hanno ricevuto un premio Nobel nel 1962 per il loro lavoro nella scoperta del modello a doppia elica del DNA. I resoconti successivi descrivono in dettaglio come Wilkins avesse mostrato a Watson un ritratto cristallografico critico del DNA catturato da un altro ricercatore del DNA (una donna), Rosalind Franklin, poco prima che Watson e Crick concludessero la loro teoria sulla struttura del DNA. Nel 1956, Rosalind Franklin si ammalò di cancro e morì meno di due anni dopo. Continua il dibattito sul fatto che Franklin abbia ricevuto il dovuto credito per il suo contributo alla scoperta.
