创新化学“鼻子”嗅出DNA结构的关键差异

G-Quadruplex传感器

图示化学“鼻子”感应到g -四重结构。信贷:理查德·胡利/加州

检测创新可以促进药物开发和癌症研究。

结构上的微小变化DNA与乳腺癌和其他疾病有关,但直到现在,它们都很难被发现。

利用他们所谓的“化学鼻子”,加州大学河滨分校的化学家们能够“闻到”DNA片段以不同寻常的方式折叠。他们设计和演示该系统的工作已经发表在该杂志上化学性质yabovip2021

“如果一个DNA序列是折叠的,它可能会阻止与该特定DNA片段相连的基因的转录,”研究作者、加州大学河滨分校化学教授钟文万说。yabovip2021“换句话说,这可能会有积极的影响,通过沉默一个有可能导致癌症或促进肿瘤的基因。”

相反,DNA折叠也会产生负面影响。

钟教授说:“DNA折叠可能会阻止病毒蛋白的产生,从而最大限度地减少免疫反应。”

研究这些褶皱如何影响生物,无论是积极的还是消极的,首先需要科学家发现它们的存在。为了做到这一点,加州大学河西分校有机化学教授理查yabovip2021德·胡利和他的同事们修改了一个概念,这个概念以前曾被用于感知其他东西,比如不同年份的葡萄酒中的化学成分。

系统中的化学物质可以用来寻找几乎任何一种目标分子。然而,由于“鼻子”通常的使用方式,它不能检测DNA。只有在胡利的团队添加了额外的、非标准的成分后,鼻子才能嗅出它的DNA目标。

胡利解释说:“人类通过吸入含有气味分子的空气来检测气味,这些气味分子与鼻子内的多个受体结合在一起。”“我们的系统具有可比性,因为我们有多个受体,能够与我们正在寻找的DNA褶皱相互作用。”

G四传感

系统响应g -四重检测的说明。信贷:理查德·胡利/加州

化学鼻子由三部分组成:宿主分子、荧光客体分子和目标DNA。当所需的褶皱出现时,“客人”就会发光,提醒科学家他们在样品中存在。

DNA由四种核酸组成:鸟嘌呤、腺嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶。大多数情况下,这些酸形成一种类似梯子的双螺旋结构。富鸟嘌呤的区域有时会以不同的方式折叠,形成所谓的g -四重肌。

尽管加州大学河滨分校的研究人员认为,构成这些四重结构的基因组的某些部分极其复杂已经发现了已知它们的褶皱可以调节基因表达,它们在保持细胞健康方面发挥着关键作用。

在这个实验中,研究人员想要证明他们可以检测到一种由四种鸟嘌呤组成的特定类型的四联体。钟教授表示,研究团队将在成功的基础上继续努力。

“现在我们认为我们可以做得更多,”她说。“DNA中还有其他三维结构,我们也想了解它们。”

研究人员将研究破坏DNA的力量如何影响它们折叠的方式。他们还将研究核糖核酸因为RNA在细胞中执行重要的功能。

“RNA的结构甚至比DNA更复杂,也更难分析,但了解它的结构对疾病研究有很大的潜力,”钟说。

参考文献:“主客体传感阵列对g -四重结构的选择性识别和分类”,陈俊毅,Briana L. Hickey, Linlin Wang, Jiwon Lee, Adam D. Gill, Alessia Favero, Roberta Pinalli, Enrico Dalcanale, Richard J. Hooley and Wenwan Zhong, 2021年4月1日,化学性质yabovip2021
DOI: 10.1038 / s41557 - 021 - 00647 - 9

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