(DNA-Immagine: struttura del DNA a quadrupla elica. Credito: Imperial College London).
Nuove sonde consentono agli scienziati di vedere il DNA a quattro filamenti che interagisce con le molecole all’interno delle cellule umane viventi, svelandone il ruolo nei processi cellulari.
Il DNA di solito forma la classica forma a doppia elica di due filamenti avvolti l’uno attorno all’altro. Mentre il DNA può formare alcune forme più esotiche nelle provette, poche si vedono nelle cellule viventi reali.
Tuttavia, il DNA a quattro filamenti, noto come G-quadruplex, è naturalmente nelle cellule umane. Ora, in una nuova ricerca pubblicata su Nature Communications, un team guidato dagli scienziati dell’Imperial College London ha creato nuove sonde in grado di vedere come i quadruplex G interagiscono con altre molecole all’interno delle cellule viventi.
I quadruplex G si trovano in concentrazioni più elevate nelle cellule tumorali, quindi si pensa che svolgano un ruolo nella malattia. Le sonde rivelano come i quadruplex G vengono “svolti” da alcune proteine e possono anche aiutare a identificare le molecole che si legano ai quadruplex G, portando a potenziali nuovi bersagli farmacologici che possono interrompere la loro attività.
Cercare l’ago in un pagliaio
Uno degli autori principali, Ben Lewis, del Dipartimento di Chimica dell’Imperial, ha dichiarato: “Una diversa forma del DNA avrà un enorme impatto su tutti i processi che lo coinvolgono, come leggere, copiare o esprimere informazioni genetiche.
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I quadruplex G sono rari all’interno delle cellule, il che significa che le tecniche standard per rilevare tali molecole hanno difficoltà a rilevarle in modo specifico. Ben Lewis descrive il problema come “come trovare un ago in un pagliaio, ma anche l’ago è fatto di fieno”.
Per risolvere il problema, i ricercatori dei gruppi Vilar e Kuimova del Dipartimento di Chimica dell’Imperial hanno collaborato con il gruppo Vannier del London Institute of Medical Sciences del Medical Research Council.
Mappa di microscopia per imaging a fluorescenza del DNA nucleare in cellule vive colorate con la nuova sonda. I colori rappresentano durate di fluorescenza comprese tra 9 (rosso) e 13 (blu) nanosecondi. Credito: Imperial College London
I ricercatori hanno usato una sonda chimica chiamata DAOTA-M2, che si illumina (si illumina) in presenza di quadruplex G, ma invece di monitorare la luminosità della fluorescenza, hanno monitorato la durata di questa fluorescenza. Questo segnale non dipende dalla concentrazione della sonda o dei quadruplex G, il che significa che può essere utilizzato per visualizzare inequivocabilmente queste molecole rare.
La Dott.ssa Marina Kuimova, del Dipartimento di Chimica dell’Imperial, ha affermato: “Applicando questo approccio più sofisticato possiamo rimuovere le difficoltà che hanno impedito lo sviluppo di sonde affidabili per questa struttura del DNA”.
Guardando direttamente nelle cellule vive
Il team ha utilizzato le proprie sonde per studiare l’interazione dei quadruplex G con due proteine dell’elicasi, molecole che “svolgono” le strutture del DNA. Hanno mostrato che se queste proteine dell’elicasi venivano rimosse, erano presenti più quadruplex G, dimostrando che le elicasi svolgono un ruolo nello svolgimento e quindi nella scomposizione dei quadruplex G.
Il Dr. Jean-Baptiste Vannier, dell’MRC London Institute of Medical Sciences e dell’Institute of Clinical Sciences dell’Imperial, ha dichiarato: “In passato abbiamo dovuto fare affidamento sull’analisi dei segni indiretti dell’effetto di queste elicasi, ma ora diamo un’occhiata direttamente all’interno delle cellule vive. Hanno anche esaminato la capacità di altre molecole di interagire con i quadruplex G nelle cellule viventi. Se una molecola introdotta in una cellula si lega a questa struttura del DNA, sposterà la sonda DAOTA-M2 e ne ridurrà la durata, ovvero la durata della fluorescenza.
Ciò consente di studiare le interazioni all’interno del nucleo delle cellule viventi e di comprendere meglio più molecole, come quelle che non sono fluorescenti e non possono essere viste al microscopio.
Il Professor Ramon Vilar, del Dipartimento di Chimica dell’Imperial, ha spiegato: “Molti ricercatori sono stati interessati al potenziale delle molecole leganti G-quadruplex come potenziali farmaci per malattie come il cancro. Il nostro metodo aiuterà a far progredire la nostra comprensione di questi potenziali nuovi farmaci”.
Peter Summers, un altro autore principale del Dipartimento di Chimica dell’Imperial, ha dichiarato: “Questo progetto è una fantastica opportunità per lavorare all’intersezione tra chimica, biologia e fisica. Non sarebbe stato possibile senza l’esperienza e lo stretto rapporto di lavoro di tutti e tre i gruppi di ricerca”.
I tre gruppi intendono continuare a lavorare insieme per migliorare le proprietà della loro sonda ed esplorare nuovi problemi biologici e far luce sui ruoli che i quadruplex G svolgono all’interno delle nostre cellule viventi. La ricerca è stata finanziata dal Fondo di eccellenza dell’Imperial per la ricerca di frontiera.
Fonte:Nature
