Технология "ДНК-занавес" позволила впервые визуализировать репликацию ДНК в реальном времени
Исследовательская группа под руководством профессора Джа Йил Ли из Университета UNIST совершила прорыв в молекулярной биологии. В исследовании, опубликованном в журнале Nucleic Acids Research, впервые удалось визуализировать в реальном времени процесс репликации ДНК с помощью инновационной технологии "ДНК-занавес".
Это первое прямое наблюдение за репликацией ДНК и её конфликтами с R-петлями и транскрипционными белками, что проливает свет на давние вопросы в этой области.
Репликация ДНК играет ключевую роль в передаче генетической информации. Однако она часто сталкивается с препятствиями, такими как интерференция с процессом транскрипции или столкновения с R-петлями, которые возникают при неполной транскрипции.
Эти явления, известные как "репликационный стресс ДНК", связаны с различными заболеваниями, включая рак, неврологические расстройства и старение. Поэтому понимание конфликтов между репликацией, транскрипцией и R-петлями крайне важно для разработки стратегий профилактики и лечения болезней.
Для прямой визуализации репликации ДНК команда использовала технологию "ДНК-занавес" — метод визуализации единичных молекул. Это позволило напрямую наблюдать столкновения репликации ДНК с транскрипцией или R-петлями. Эксперименты показали, что даже одна R-петля может блокировать репликацию ДНК и вызывать репликационный стресс. Более сильная блокировка наблюдалась, когда гибрид РНК-ДНК находился на нетемплатной цепи.
Исследователи выяснили, что эта асимметрия возникает из-за образования вторичной структуры на нетемплатной цепи, что мешает прогрессии ДНК-полимеразы Phi29. Кроме того, образование G-квадруплексных структур на вытесненной одноцепочечной ДНК внутри R-петли усиливает остановку репликации. Также были наблюдены столкновения ДНК-полимеразы Phi29 с РНК-транскриптами, синтезированными T7 РНК-полимеразой. РНК-транскрипты вызывали более частые остановки из-за присутствия T7 РНК-полимеразы.
"Репликация ДНК лежит в основе жизненных явлений, и это исследование представляет собой первую в мире флуоресцентную визуализацию репликации ДНК и её конфликтов с транскрипцией и R-петлями в реальном времени", — отметил профессор Ли. "Оно даёт прямой ответ на давнюю проблему молекулярной биологии, известную как 'репликационно-транскрипционное столкновение'". Он добавил, что в дальнейшем команда планирует применить эту технологию к исследованию репликации и транскрипции ДНК человека.
Сочин Ким, первый автор исследования, подчеркнул значимость результатов, особенно в отношении R-петель, которые активно изучаются во всём мире как потенциальные причины различных заболеваний, включая рак и неврологические расстройства, такие как лейкемия. Ожидается, что исследование внесёт существенный вклад в разработку методов лечения болезней, связанных с R-петлями.