Con nuovi strumenti in grado di afferrare singoli filamenti di DNA e allungarli come elastici, Gli scienziati della Rice University stanno lavorando per svelare un mistero della genomica moderna. Le loro ultime scoperte, che appaiono in Lettere di revisione fisica , offrire nuovi indizi sulla composizione fisica di strani segmenti di DNA che hanno una sola base di DNA, adenina, ripetuto decine di volte di seguito.

Queste misteriose "ripetizioni poli(dA)" sono sparse in tutto il genoma umano. Gli scienziati li hanno trovati anche nei genomi degli animali, piante e altre specie negli ultimi dieci anni. Ma i ricercatori non sanno perché sono lì, quale funzione svolgono o perché si verificano solo con la base del DNA adenina e non con le altre tre basi del DNA:citosina, guanina e timina.

"Precedenti indagini su poli(dA) hanno suggerito che le basi di adenina si accumulano in modo molto uniforme, " disse Ching-Hwa Kiang, coautore del nuovo studio e assistente professore di fisica e astronomia alla Rice. "La nostra indagine si è concentrata su cosa succede quando i singoli filamenti di poli(dA) sono stati allungati e queste pile sono state separate".

Il gruppo di ricerca di Kiang è specializzato nello studio delle proprietà fisiche e meccaniche di proteine ​​e acidi nucleici, e il loro strumento principale è uno dei pilastri della ricerca sulle nanotecnologie:il microscopio a forza atomica, o AFM. L'estremità commerciale di un AFM è come un minuscolo ago del fonografo. La punta dell'ago è larga non più di pochi atomi, e l'ago è all'estremità di un braccio che oscilla su e giù sulla superficie di ciò che viene misurato. Mentre i nanotecnologi utilizzano il dispositivo per misurare lo spessore dei campioni, Il gruppo di Kiang lo usa in modo diverso.

Per iniziare i suoi esperimenti, Kiang prima mette un sottile strato delle proteine ​​che desidera studiare su una superficie piana. Questo viene posizionato sotto il braccio AFM in modo che l'ago AFM oscillante possa abbassarsi e afferrare le estremità di una delle proteine. Quando il braccio si ritrae, disfa la proteina.

Tutte le proteine ​​si piegano in una forma caratteristica. Come piccole sorgenti, rimangono in questo stato compatto di "energia più bassa" a meno che non vengano fatti a pezzi.

Il nuovo studio sulla poli(dA) è stato condotto da Kiang, Wuen-shiu Chen, studente laureato in Rice, e colleghi della Rice e della National Chung Hsing University (NCHU) di Taiwan. Il team ha scoperto che il poli(dA) si comporta in modo diverso a seconda della velocità con cui viene allungato. Quando l'AFM si mosse rapidamente, i segmenti poli(dA) si sono comportati come qualsiasi altro segmento di DNA a singolo filamento. Ma quando il movimento AFM è stato rallentato, il team ha scoperto che la quantità di forza richiesta per allungare il poli(dA) è cambiata. In due luoghi particolari, il filo si è allungato per una breve distanza senza alcuna forza aggiuntiva.

"Tipicamente, i singoli filamenti di DNA si comportano come un elastico:la resistenza aumenta man mano che si allungano, il che significa che devi tirare sempre più forte per continuare ad allungarli, " disse Kiang. "Con poli(dA), abbiamo trovato questi due punti in cui ciò non si applica. È come se dovessi tirare sempre più forte, e poi per breve tempo, la fascia si allunga senza alcuna forza aggiuntiva."

Kiang ha affermato che le cause esatte e le implicazioni del fenomeno non sono chiare. Ma gli scienziati sanno che il DNA a doppio filamento deve essere separato in punti discreti in modo che il meccanismo cellulare possa leggere il codice genetico e convertirlo in proteine. Si è ipotizzato che le ripetizioni dell'adenina svolgano un ruolo nell'ordinare le informazioni genomiche; Kiang ha affermato che le nuove scoperte sollevano ancora più domande sul ruolo che le ripetizioni potrebbero svolgere nella regolazione genica e nel confezionamento del genoma e su come potrebbero essere potenziali bersagli per i farmaci antitumorali.