Jenseits der Helix: "Supercoiled" DNA Wendungen in verrückten Formen

DNS Spule nicht nur in der legendären Doppel-Helix verewigt in jedem Gymnasium Biologie-Lehrbuch. Es Schleifen auch in eine Menagerie von phantastischen Formen, neue Forschung findet.

Durch die Enthüllung der versteckten Form der DNA, könnten die neuen Erkenntnisse einen genaueren Blick auf die Funktionsweise von Drogen wie Chemotherapeutika, die mit der DNA interagieren.

"Deshalb, weil die Wirkung von Wirkstoffmolekülen auf ihnen Anerkennung bestimmten molekularen Form beruht – ähnlich wie ein Schlüssel ein bestimmtes Schloss passt", sagte Co-Studienautor Sarah Harris, ein Physiker an der University of Leeds in England. [Code des Lebens: Fotos von DNA-Strukturen]

Bausteine des Lebens

Molekularbiologen James Watson und Francis Crick 1953 erstmals eine Studie über die Struktur der DNA veröffentlicht, wurde die Doppel-Helix das ikonische Symbol der der Code des Lebens.

Aber das Bild ist eigentlich nur ein winziger Teil der Nukleinsäure-Struktur, Forscher jetzt sagen.

"Wenn Watson und Crick die DNA-Doppelhelix beschrieben, sie an einem winzigen Teil eines echten Genoms nur etwa eine Umdrehung der Doppelhelix suchten. Das ca. 12 DNA-Basenpaare, sind die Bausteine der DNA, die die Sprossen der Leiter spiralförmige bilden ", sagte Harris.

Aber DNA besteht aus ca. 3 Milliarden Basenpaare und alle 3,3 Fuß (1 Meter) dieser genetischen Informationen müssen in den Zellkern einer Zelle passen, misst nur 10 Mikrometer über. (Zum Vergleich: die durchschnittliche Breite der Einzelstrang eines menschlichen Haares ist 70 Mikrometer.) Um in solchen engen Quartiere zu quetschen, muss die DNA präzise und straff, aufgerollt werden.

Fantastische Formen

Um diesen Prozess zu verstehen, neu die Forscher DNA-Moleküle im Labor. Da lineare DNA-Stränge nicht und Spule das Team sorgfältig aufgerollt und rollte eine Helix Abbiegehinweise mit kurzen kreisförmigen Ausschnitte der DNA besteht aus Tausenden von Basenpaaren.

"Auch diese relativ bescheidene Zunahme der Größe offenbart einen ganz neuen Reichtum an das Verhalten des DNA-Moleküls", sagt Harris.

Das Team entdeckte eine Reihe von bizarren Formen.

"Einige der Kreise hatten scharfer Kurven, einige waren Abbildung-Eights und andere sah aus wie Handschellen oder Schläger oder sogar Nähnadeln. Einige Stäbe aussah weil sie so aufgewickelt wurden,"sagte Leitung Autor der Studie, Rossitza Irobalieva, ein Biochemiker an der Baylor College of Medicine in Houston, in einer Erklärung.

Um sicherzustellen, dass diese supercoiled DNA tatsächlich im Körper auftaucht, eingefügt das Team ein Enzym namens menschlichen Topoisomerase II Alpha. Genau wie im menschlichen Körper entspannt das Enzym die Wendung in sogar die meisten aufgerollten DNA. Dies deutet darauf hin, die seltsam geformten Strukturen im Labor erstellt imitieren die viel länger Stränge der DNA im Zellkern gefunden, berichten die Forscher in der Fachzeitschrift Nature Communications (Okt. 12) heute.

Danach das Team fror die DNA-Proben und eine besondere Form der Mikroskopie zum Erfassen der allerersten Bilder dieser phantastischen Formen. Um einen besseren Blick zu bekommen und zu verstehen, welches Verhalten diese Schleifen des genetischen Codes in Echtzeit erstellte das Team Computersimulationen, die die supercoiled Schleifen zappelt im Laufe der Zeit offenbart.

In der Regel die DNA Helix wird gebildet, wenn ergänzende Basenpaare — wie die Nukleotid Adenin und Guanin seine Partner – binden zusammen, bilden eine Brücke über die Helix. Aber die neue Simulation ergab, dass diese Basenpaar Brücken auseinander schälen, sowohl bei der Helix entwirrt ist, und wenn es sehr eng gewunden ist.

Das Team spekuliert, dass Basenpaar Trennung in supercoiled DNA es scharf, Scharnier ermöglicht, die es in dem winzigen Raum ein Zellkern Stopfen helfen könnte.

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