Istraživači sa Sveučilišta u Sheffieldu i Sveučilišta u Yorku prvi su put izravno prikazali kako se dvije molekule DNK mogu približiti i poravnati u otopini koja sadrži ione nikla, kalcija ili magnezija. Kombinirali su visokorazlučivu mikroskopiju atomskih sila s računalnim simulacijama koje prate gibanje atoma. Opisali su ih u novom znanstvenom radu objavljenom u časopisu Nucleic Acids Research.
Na vanjskoj strani DNK nalaze se fosfatne skupine s negativnim nabojem, zbog čega se dvije molekule međusobno odbijaju. Pozitivno nabijeni ioni mogu ublažiti to odbijanje. Ako se ion istodobno veže uz obje zavojnice, može povezati dvije molekule i održavati ih u neposrednoj blizini.
Takvi kontakti mogli bi pomoći u razumijevanju načina na koji se genetski materijal organizira u stanici. Tijekom mejoze, procesa u kojem nastaju spolne stanice, homologni kromosomi približavaju se i mogu razmijeniti dijelove DNK. Nose iste gene, ali njihove inačice ne moraju biti jednake. Način na koji se kromosomi međusobno prepoznaju i poravnavaju još nije potpuno razjašnjen. U radu su istraživači ispitali može li neposredan kontakt dviju molekula DNK biti jedan od koraka u tom procesu.
Istraživači su promatrali linearne odsječke DNK duge 339 parova baza. Položili su ih na podlogu i uronili u tekućinu s ionima nikla, kalcija ili magnezija. Mikroskopija atomskih sila ne stvara fotografiju poput fotoaparata: oštar vrh instrumenta prelazi preko uzorka i bilježi promjene na njegovoj površini. Iz tih podataka istraživači mogu utvrditi položaj molekula i način na koji su poravnate.
Snimke pokazuju raspored molekula, ali ne otkrivaju što ih drži u tom položaju. Kako bi ispitali ulogu iona, istraživači su snimke usporedili s računalnim simulacijama koje prate gibanje atoma i iona. U modelima su provjerili gdje se ioni nalaze u odnosu na zavojnice DNK i mogu li objasniti kontakte zabilježene mikroskopom.
Ioni mogu povezati dvije molekule
U najstabilnijim parovima molekule DNK bile su poravnate tako da su im mali utori bili okrenuti jedan prema drugome. Ioni su se smještali u te utore i povezivali dvije zavojnice. Time su stabilizirali njihov međusobni kontakt. Broj i položaj veza mijenjali su se ovisno o vrsti iona i slijedu baza u DNK. U dodatnim simulacijama, provedenima u uvjetima bližima staničnima, sparivanje je zabilježeno u dvije od šest simulacija s kalcijem te u jednoj od šest s magnezijem.
Snimke su pokazale uparivanje u oko 10 do 14 posto promatranih molekula DNK. Učestalost se nije statistički značajno razlikovala među trima vrstama iona. Simulacije su, međutim, pokazale da vrsta iona može utjecati na raspored i stabilnost veza.
Računalne simulacije pokazale su da kontakt mogu ostvariti i odsječci DNK s različitim slijedom baza. Potpuno podudaranje nije bilo nužno za početno približavanje, dok bi sličnost slijeda mogla pomoći da se kontakt održi i proširi duž molekule. Riječ je o zaključku iz simulacija, a ne o procesu praćenom u živoj stanici.
Što pokus može pokazati
Istraživači nisu snimali žive stanice ni cijele kromosome, nego kratke odsječke DNK u kontroliranim uvjetima. U stanici je DNK povezana s proteinima i organizirana u kromatin, pa je njezino okruženje mnogo složenije od laboratorijskog uzorka. Ni računalni modeli ne obuhvaćaju sve molekule i procese koji djeluju u staničnoj jezgri.
Rezultati opisuju mogući fizički mehanizam koji molekulama DNK omogućuje blizak kontakt. Ne dokazuju da ioni sami upravljaju sparivanjem kromosoma ili rekombinacijom u stanici. Budući pokusi na duljim molekulama i u složenijem okruženju trebali bi pokazati vrijedi li isti mehanizam i u staničnoj jezgri.
