Le macromolecole si piegano e si dispiegano regolarmente all'interno delle cellule. Le loro diverse strutture tridimensionali aiutano a determinarne le funzioni. Comprendere il ripiegamento delle molecole può far luce su processi fisici complessi che possono influenzare le malattie, tumori e allergie.

G-quadruplex sono gruppi di acidi nucleici guanina, le 'G' nella sequenza del DNA, che formano forme specifiche che sembrano futuristiche, edifici per uffici a tre piani. Sono stati a lungo respinti in quanto privi di una funzione biologica, ma ora si pensa che aiutino a regolare l'espressione genica, anche per le malattie. Comprendere i processi fisici che questi composti subiscono quando si ripiegano in spazi estremamente ristretti potrebbe un giorno aiutare a sviluppare trattamenti farmacologici mirati.

Condurre esperimenti per conoscere il processo di piegatura in aree ristrette è estremamente impegnativo perché è facile disturbare non solo la molecola bersaglio, che è lungo solo pochi nanometri, ma anche le infrastrutture circostanti, che è solo una frazione più grande.

Un team guidato da Hiroshi Sugiyama e Masayuki Endo dell'Institute for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS) dell'Università di Kyoto, in collaborazione con il team della Kent State University, ha progettato strutture e sistemi sperimentali che manipolano con successo i G-quadruplex all'interno di nanogabbie, anch'essi fatti di DNA. Il team ha misurato il modo in cui spazi di dimensioni diverse influenzano la stabilità termodinamica e la cinetica di spiegamento e piegatura di queste molecole.

"Sotto il nano-spazio confinato, le strutture G-quadruplex hanno rivelato una cinetica di piegatura rapida senza precedenti con maggiori stabilità meccaniche e termodinamiche, che supportava direttamente le previsioni teoriche, " concludono i ricercatori nel loro studio pubblicato di recente sulla rivista Nanotecnologia della natura .

I ricercatori hanno costruito nanogabbie a forma di rettangolo di DNA che hanno avvolto attorno a una molecola G-quadruplex. Legami fatti di ancora più DNA hanno attaccato la molecola a due perline. Le perline, controllati da laser noti come pinzette ottiche, forza esercitata sulla molecola. Ciò ha spinto la molecola a dispiegarsi e poi a ripiegarsi. Non c'era interferenza tra la nanogabbia e il bersaglio, perché entrambi hanno cariche negative e si respingono come magneti.

Il team ha costruito piccoli, nanogabbie di medie e grandi dimensioni. Le molecole si sono dispiegate e ripiegate 100 volte più velocemente nelle nanogabbie piccole e medie rispetto alle molecole senza nanogabbie.

I risultati supportano le previsioni fatte da altri ricercatori nel campo, ma questa è la prima dimostrazione senza interazione tra la molecola e la gabbia. I ricercatori prevedono che il metodo può essere applicato per l'osservazione di altre biomolecole come le proteine ​​utilizzando nanogabbie progettate in modo più preciso.