ДНК — это молекула с довольно однообразной структурой, ее трудно заставить выполнять каких-либо новые функции. Однако недавно ученые смогли придать ей форму «ДНК-салата» (DNA lettuce), которая избирательно связывает особые фрагменты белков и благодаря этому флуоресцирует. Новая статья в Nature рассказывает о механизмах этого явления и его возможном применении.
Электростатический потенциал на поверхности «ДНК-салата» / © doi.org/10.1038/s41586-023-06229-8
Такие биомолекулы, как РНК, и тем более белки могут иметь различную структуру. Именно благодаря этому их функции также весьма разнообразны — от ускорения химических реакций до создания опорных структур клетки.
На этом фоне возможности ДНК выглядят скромно. Эта молекула главным образом хранит в себе генетическую информацию и имеет всего несколько основных форм.
Однако ученые успешно заставили ДНК взять на себя и другие функции, создав на ее основе новые, искусственные конструкции вроде ДНК-оригами. Недавно была создана еще одна нестандартная структура ДНК — ее назвали lettuce, то есть «салат-латук», «ДНК-салат». Она представляет собой конструкцию из четырех расходящихся лучей, которая способна удерживать в центре светящийся флуорофор — часть белка GFP.
Напомним: GFP, или зеленый флуоресцентный белок, — белок с уникальной структурой, впервые выделенный из медузы эквореи. Если на него подействовать синим светом, он начинает флуоресцировать в зеленой части спектра. GFP стал родоначальником целой палитры флуоресцентных белков, которая преобразила современную биологию.
Ранее способность связать флуорофор белка и светиться показали у РНК, а авторы новой статьи в Nature выяснили, как это работает в случае «ДНК-салата».
Они получили комплекс необычной ДНК с тремя разными флуорофорами, позаимствованными у светящихся белков. Его структуру с высоким разрешением помогли установить современные физические методы — криоэлектронная микроскопия и рентгеновская кристаллография.
Оказалось, «ДНК-салат» имеет форму четырехлучевой звезды, в центре которой сходятся одноцепочечные ДНК. Сложная конструкция удерживается сетью водородных связей и необычных диагональных взаимодействий «стопок» азотистых оснований (стэкинг). В ее центре удерживается один из белковых флуорофоров белка, причем «ДНК-салат» проявляет к ним избирательность.
Ученые также ввели в последовательность этой ДНК ряд мутаций и выяснили, какие из них нарушают или, напротив, усиливают флуоресценцию. Это помогло понять, какие части двух молекул контактируют и как изменить ДНК, чтобы управлять флуоресценцией.
Исследователи надеются вскоре найти применение для «ДНК-салата», как это уже сделали с другими необычными структурами на основе ДНК. Его можно использовать в качестве биосенсора, узнающего другую нестандартную ДНК — так называемые R-петли, — как и различных патогенов вроде SARS-CoV-2
