首次在活体细胞中追踪到四螺旋DNA的形成

DNA通常形成1953年发现的经典双螺旋形状——两条链缠绕在一起。一些其他的结构已经在试管中形成，但这并不一定意味着它们在活细胞中形成。

四螺旋结构，即DNA g - 4 - plex (G4s)，以前已经在DNA中检测到细胞。然而，所使用的技术要么需要杀死细胞，要么需要使用高浓度的化学探针来观察G4的形成，所以直到现在，人们还没有追踪到正常条件下G4在活细胞中的实际存在。

来自剑桥大学、伦敦帝国理工学院和利兹大学的一个研究小组发明了一种荧光标记物，可以附着在活的人类细胞中的G4s上，使他们首次看到这种结构是如何形成的，以及它在细胞中起什么作用。

这项研究今天发表在化学性质。

重新思考DNA生物学

首席研究员马可·迪·安东尼奥博士(Dr. Marco Di Antonio)在剑桥大学尚卡尔·巴拉萨布拉曼尼亚教授的实验室开始了这项工作，现在领导着帝国理工学院化学系的一个研究团队。“这是我们第一次能够证明四螺旋DNA作为正常细胞过程产生的稳定结构存在于我们的细胞中。这迫使我们重新思考DNA生物学。这是基础生物学的一个新领域，可能会为癌症等疾病的诊断和治疗开辟新的途径。

“现在我们可以实时追踪细胞中的G4s，我们可以直接问它们的生物学作用是什么。我们知道它似乎在癌细胞中更普遍，现在我们可以探索它在其中扮演的角色，以及如何阻止它，并可能设计出新的治疗方法。”

研究小组认为，G4s在DNA中形成是为了暂时保持DNA的开放状态，并促进像转录这样的过程，在转录过程中，DNA指令被读取并生成蛋白质。这是一种'基因表达，即DNA中的部分遗传密码被激活。

G4s似乎更多地与癌症相关的基因相关，并在癌细胞中大量检测到。现在有了一次成像单个G4的能力，该团队说他们可以追踪它们在特定基因中的作用以及它们在癌症中是如何表达的。这一基础知识可以揭示阻断这一过程的药物的新靶点。

自然形成的

研究小组在成像单个g4方面取得了突破，这是因为他们重新思考了通常用于探测细胞工作的机制。此前，该团队使用了抗体和分子，可以找到并附着在g4上，但这需要非常高浓度的“探针”分子。这意味着探针分子可能扰乱了DNA，实际上导致它们形成G4s，而不是检测它们自然形成。

亚历克斯·庞贾维奇博士现在是利兹大学物理与天文学学院和食品科学与营养学院的一名学者，他在大卫·克勒曼教授的实验室共同领导了这项研究，并开发了用显微镜可视化这种新的荧光标记的方法。

他说:“科学家需要特殊的探测器来观察活细胞内的分子，然而这些探测器有时会与我们试图观察的物体相互作用。”通过使用单分子显微镜，我们可以在比以前使用的低1000倍的浓度下观察探针。在这种情况下，我们的探针只与G4结合几毫秒，而不会影响其稳定性，这使我们能够在没有外部影响的自然环境中研究G4的行为。”

为新探针，该团队使用了少量非常“明亮”的荧光分子，这种分子很容易附着在G4s上。少量的G4意味着他们不能希望成像细胞中的每一个G4，而是可以识别和跟踪单个G4，让他们了解它们的基本生物学作用，而不影响它们在细胞中的整体流行度和稳定性。

研究小组发现，G4s的形成和消散都非常快，这表明它们的形成只是为了执行某种功能，如果它们持续的时间过长，可能会对正常的细胞过程产生毒性。

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