През 1985 г. се оказа, че Полинг и Кори са били прави преди тридесет години: съществува тройната спирала на ДНК (Н-ДНК). Това обаче изобщо не е подредено, както са очаквали. В истинска тройна спирала, две вериги са свързани по стандартния начин на Уотсън-Крик, а третата ги свързва странично, лежайки в голяма бразда между веригите. В този случай азотните основи на третата, допълнителна нишка са свързани с основните двойки не по класическия начин, а сякаш отстрани - чрез самите връзки, предвидени от Карст Хогстийн. И той в известен смисъл беше прав.   Тройната спирала, подобно на много алтернативни форми на ДНК, също възниква в отговор на свръхспирализация на нишката. Въпреки това, за разлика от Z-формата, тя не поддържа транскрипция, а напротив, пречи на нея. РНК полимеразата, която обикновено преплита две нишки пред себе си, не винаги се справя с разделянето на триплекса. Следователно, ако тройна спирала се образува в ген или неговите регулаторни региони, той работи по -лошо от другите.  





Варианти на образуване на тройна спирала. Двойките Уотсън-Крик са показани в черно, като допълнителен трети нуклеотид е подчертан в Yutaro Yamagata et al. / Chemistry Europe, 2015 Също така се случва, че не две или не три, а четири ДНК вериги са свързани едновременно. За да се случи това, четири гуанинови нуклеотида трябва да се срещнат на едно място - и няма значение дали са на две нишки от една и съща нишка или на четири различни нишки, които не са свързани помежду си. Всеки гуанин образува некласическа двойка Хугстин с две съседи и заедно образуват квадратна гуанинова тетрада. Ако до тях има други гуанини, които могат да създадат квадрат, тогава от тях се образува купчина - купчина, която държи четири нишки ДНК една до друга.  








Гуаниновата тетрада (отгоре) и варианти на подреждането на веригите в четворката (отдолу) Jochen Spiegel et al. / Тенденции в химията, 2020 Всичките 30 години, изминали от откриването на квадруплексите, броят на процесите, в които те по някакъв начин участват, нараства. Вече са известни повече от двеста протеини, които могат избирателно да разпознават гуанинови тетради - последните вероятно действат като вид генетична маркировка, друг начин за регулиране на опаковането и транскрипцията на гени. Например, те често се намират в промотори (регулаторни региони, от които започва транскрипцията) на различни гени. Съвсем наскоро учените дори успяха да направят разлика между различни видове рак на гърдата чрез набор от квадруплекси - които от своя страна зависят от това кои гени в туморните клетки са свръхактивни.   Колкото по-нататък разглеждаме молекулата на ДНК, толкова повече забелязваме отклонения от отдавна познатия модел. Двойната спирала не е единствената и не окончателната структура на ДНК, а само една (макар и най -честата) от позите, които заема в непрекъснат танц. Подчинявайки се на диктата на нуклеотидната последователност, ДНК веригата се свива и разширява, огъва, усуква и придобива безкраен брой (красиви) форми. Нито една от тях не е окончателна: алтернативните ДНК структури се трансформират една в друга, конкурират се с В-формата и помежду си, подчиняват се на сигналите на клетъчните протеини и сами ръководят тяхната работа.   Намерете и озаглавете Неканоничните форми на ДНК, при цялото им разнообразие, не се появяват на случайни места. Стабилността им се дава от определен набор от нуклеотиди в състава им, поради което те се появяват само в тези части на веригата, където има "удобна" последователност за тях.   Така, например, има определени региони в ДНК, които са особено склонни да се сгънат на зигзаг. Това са местата, където G-C двойките се редуват: след ляв завой в тях, всеки втори нуклеотид придобива „неправилна“ форма, откъдето и счупеният профил на цялата Z-форма. Това означава, че последователностите, които са склонни да приемат Z -образна форма, могат да бъдат намерени точно в текста - ако видите HZGZGZGZHZHZ, едва ли ще сбъркате. Така в едно произведение например те преброиха 391 такива области в човешкия геном.   Местата, където може да се образува тройната спирала, също могат да бъдат разпознати по характерната нуклеотидна последователност. Третата верига е прикрепена или според принципа на взаимно допълване - тоест към G -C двойката се добавя друга G, образувайки G -C * G - или „към нейната собствена“ - и се оказва G * G -C. Следователно, такава конструкция често се случва в онези места на ДНК, където няколко еднакви (например YYYYG) или химически подобни (AGGAAG) нуклеотиди отиват в един ред и където образуват палиндромни (огледални) повторения.   По същия начин появата на квадруплекси може да се предвиди от текста на ДНК. Според резултатите от само едно секвениране (всъщност директен превод на ДНК в букви), повече от 700 хиляди от тях са открити в човешкия геном. Не всички от тях е вероятно да бъдат намерени in vivo - за това съответните нишки на ДНК трябва да бъдат близки в една точка в сложното клетъчно ядро ​​- това обаче може да означава, че четириспиралните структури имат някаква специфична роля в живота на клетката.   Образуването на алтернативни форми на ДНК не винаги е от полза за клетката: повечето от тях са много по-малко издръжливи от обикновената В-ДНК и се чупят много по-често. Следователно, последователностите, които са склонни да образуват не-В форми, стават места на генетична нестабилност и повишена мутагенеза. Някои изследователи виждат това като двигател на еволюцията - ако такива региони се появяват в гени, свързани с развитието на даден организъм. Други обвиняват алтернативните форми на ДНК за всички видове заболявания, свързани със случайни мутации и пренареждане в генома - от тумори до шизофрения и аутизъм.   Оказва се, че ДНК съдържа не само информация за структурата на клетъчните протеини и РНК, но и за това какви форми може да приеме тази информация, в допълнение към стандарта Уотсън-Крик. И тези форми от своя страна определят какво се случва с тази информация: дали клетката може да я осъзнае или генът ще бъде вечно мълчалив, или дори ще се разпадне напълно, което ще доведе до някои допълнителни мутации.   Вероятно един ден ще се научим да се намесваме в този процес - бихме могли например да изградим верига от нуклеотиди, която да имитира третата нишка в спиралата и да я „плъзне“ в точното време на правилното място, за да блокира работата на някакъв нежелан ген в клетката. Имаше дори по -смели предложения - да се използва тройната спирала за целенасочено редактиране на генома: въведете нуклеотид в клетката, който може да образува тройна спирала с целевия ДНК регион и да предизвика система за възстановяване, за да замени този регион с "здрав" вариант от друг хромозома.   Междувременно току -що научаваме това, остава да разпознаем структурата на ДНК като друг вид информация - в допълнение към генетичната (нуклеотиден "текст") и епигенетичната (наличност на гени за четене) - която носи нашия геном. И ние все още трябва да се научим как да работим с него, като влияем върху съдържанието чрез формата или обратно.   Полина Лосева