Генная инженерия

G-квадруплекс ДНК

Кроме спиральных структур ДНК  может образовывать хорошо известные  скрученные кольца у прокариот и  некоторых вирусов.

В прошлом году С.Найдл  из Института исследований рака (Лондон) обнаружил, что нерегулярные концы  хромосом – теломеры, представляющие собой одиночные цепи ДНК, – могут  складываться в очень регулярные структуры, напоминающие пропеллер). Сходные  структуры были обнаружены и в  других участках хромосом и получили название G-квадруплексов, поскольку  образуются участками ДНК, богатыми гуанином.

Пропеллерная структура  ДНК

По-видимому, такие структуры  способствуют стабилизации участков ДНК, на которых они образуются. Один из G-квадруплексов был обнаружен  непосредственно рядом с геном c-MYC, активация которого вызывает рак. В этом случае он может предотвращать связывание с ДНК белков – активаторов гена, и исследователи уже начали поиск препаратов, стабилизирующих структуру G-квадруплексов, в надежде, что они помогут в борьбе с раком.

В последние годы была обнаружена не только способность молекул ДНК  к формированию структур, отличных от классической двойной спирали. К  удивлению ученых, в ядре клетки молекулы ДНК находятся в непрерывном  движении, как бы «танцуют».

Давно известно, что ДНК  образует комплексы с белками-гистонами  в ядре с протамином в сперматозоидах. Однако эти комплексы считались  прочными и статичными. С помощью  современной видеотехники удалось  заснять динамику этих комплексов в  реальном времени. Оказалось, что молекулы ДНК постоянно образуют мимолетные связи друг с другом и с разнообразными белками, которые, как мухи, вьются вокруг ДНК. Некоторые белки движутся с  такой скоростью, что от одной  стороны ядра до другой проходят за 5 с. Даже гистон Н1, наиболее прочно связанный с молекулой ДНК, каждую минуту диссоциирует и снова связывается с ней. Это непостоянство связей помогает клетке регулировать активность своих генов – ДНК постоянно проверяет наличие в своем окружении факторов транскрипции и других регуляторных белков.

Ядро, которое считалось  довольно статическим образованием – хранилищем генетической информации, – на самом деле живет бурной жизнью, и от того, какова хореография  его компонентов, во многом зависит  благополучие клетки. Некоторые болезни  человека могут быть вызваны нарушениями  координации этих молекулярных танцев.

Очевидно, что при такой  организации жизни ядра его разные участки неравноценны – наиболее активные «танцоры» должны быть ближе  к центру, а наименее активные –  к стенкам. Так оно и оказалось. Например, у человека хромосома 18, в которой всего несколько активных генов, всегда находится вблизи границы ядра, а набитая активными генами хромосома 19 – всегда вблизи его центра. Более того, движение хроматина и хромосом и даже просто взаимное расположение хромосом, по-видимому, влияет на активность их генов. Так, близкое расположение хромосом 12, 14 и 15 в ядрах клеток лимфомы мыши считают фактором, способствующим превращению клетки в раковую.

Прошедшие полвека в биологии стали эрой ДНК – в 1960-х гг. расшифрован генетический код, в 1970-х гг. получены рекомбинантные ДНК и разработаны методы секвенирования, в 1980-х гг. разработана полимеразная цепная реакция (ПЦР), в 1990 г. начат проект «Геном человека». Один из друзей и коллег Уотсона, У.Гилберт, считает, что традиционная молекулярная биология умерла – теперь все можно выяснить, изучая геномы.

Ф.Крик среди сотрудников  лаборатории молекулярной биологии в Кембридже

Сейчас, просматривая статьи Уотсона и Крика 50-летней давности, удивляешься, как много из предположений  оказались верными или близкими к истине – ведь у них не было почти никаких экспериментальных  данных. Что касается самих авторов, пятидесятилетие открытия структуры  ДНК оба ученых встречают, активно  работая теперь уже в разных областях биологии. Дж.Уотсон был одним из инициаторов проекта «Геном человека»  и продолжает работать в области  молекулярной биологии, а Ф.Крик в  начале 2003 г. опубликовал статью о природе сознания.