91��ý����

Postdoktor Pallabi Sengupta studerar i-DNA , en forskning som ännu är i sin linda.

BildMattias Pettersson

en sorts ”tittut‑struktur” i DNA-molekylen

– Vi kan likna ��‑D���� vid en sorts ”tittut‑struktur” i DNA-molekylen. Den är strikt tidsreglerad och måste lösas upp vid exakt rätt ögonblick. Vi tror att den har en viktig roll i genreglering, eftersom strukturerna kan bildas och lösas upp i takt med att cellens tillstånd förändras, säger studiens förste-författare Pallabi Sengupta, postdoktor på Institutionen för medicinsk kemi och biofysik vid Umeå universitet. Studien har nu publicerats i Nature Communications.

Man kan tänka sig DNA-molekylen som en tvinnad stege. Sidostolparna består av socker- och fosfatmolekyler medan stegpinnarna utgörs av baspar – kvävebaserna adenin (A) med tymin (T) samt cytosin (C) med guanin (G) – som hålls ihop av vätebindningar. 

Ovanlig DNA-struktur

i-DNA-strukturen liknar dock inte alls dubbelspiralen i DNA utan är snarare en förvriden stege som vikt ihop sig själv i en knut. Den består av en enkel DNA-sträng som viker tillbaka på sig själv och bildar ett slags fyrsträngad struktur. Om man zoomar in på molekylnivå ser man att i stället för de vanliga A–T- och C–G-stegpinnarna, så hålls i-DNA ihop av cytosin-baspar.

Den sällsynta och tillfälligt formade i-DNA-strukturen vecklar ut sig och försvinner beroende på miljön. Under lång tid har den betraktats för instabil för att över huvud taget förekomma i celler och avfärdats som en laboratorieartefakt. Med nya experimentella metoder kan forskare i Umeå nu visa att ��‑D���� faktiskt uppstår men bara mycket kortvarigt, precis innan DNA‑kopieringen startar.

Nyckelprotein styr upplösning av struktur

Deras studie visar vidare att proteinet PCBP1 fungerar som en nyckelregulator. Det vecklar upp ��‑D���� i rätt tid, så att cellens DNA‑kopieringsmaskineri kan fortgå utan hinder. Om strukturerna inte öppnas i tid blockerar de processen, vilket leder till att DNA lättare får skador – ett kännetecken för ökad sårbarhet för cancer.

Forskarna fann också att ��‑D���� inte är enhetligt. Vissa strukturer är lätta att öppna, andra mycket motståndskraftiga, beroende på DNA‑sekvensen.

– Ju fler cytosinbaspar som håller ihop strukturen i knuten, desto svårare är den att veckla ut. I vissa fall bildas dessutom hybridstrukturer som gör ��‑D���� extra stabilt, förklarar Nasim Sabouri, professor på Institutionen för medicinsk kemi och biofysik vid Umeå universitet som har lett studien.

Intressant nog är många ��‑D���� lokaliserade till reglerande områden i onkogener – gener som driver cancerutveckling – vilket pekar på en direkt koppling mellan ��‑D���� och sjukdom.

Bilden visar hur proteiner görs synliga i en gel efter att ha isolerats från celler.

BildMattias Pettersson

För att kunna studera de flyktiga strukturerna kombinerade forskarna biokemiska analyser, datormodellering och cellbiologi. De lyckades både visualisera hur PCBP1 stegvis öppnar ��‑D���� och fånga strukturerna i levande celler vid exakt rätt tidpunkt under cellcykeln.

– Genom att koppla molekylära mekanismer till faktiska effekter i celler kan vi visa att detta är biologiskt relevant, inte ett laboratoriefenomen, säger Ikenna Obi, staff scientist på Institutionen för medicinsk kemi och biofysik vid Umeå universitet.

Nya möjligheter att utveckla läkemedel

Upptäckten förändrar synen på ��‑D���� från en udda struktur till en möjlig sårbarhet i cancerceller. Eftersom cancerceller ofta lever under hög replikationsstress, det vill säga försöker dela sig så snabbt att deras DNA‑maskineri är nära ett sammanbrott, kan störningar i hanteringen av ��‑D���� få allvarliga konsekvenser.

– Om vi kan påverka ��‑D���� eller proteinet som öppnar dem kan vi driva cancerceller över gränsen för vad de klarar av. Det öppnar helt nya vägar för läkemedelsutveckling, säger Nasim Sabouri.

Studien utfördes i samarbete med Natacha Gillet, forskare vid Centre National de la Recherche Scientifique, CNRS, i Frankrike. Studien är finansierad av Cancerfonden, Wenner-Gren Stiftelserna och Knut och Alice Wallenbergs stiftelserna.

Nasim Sabouri, Pallabi Sengupta och Ikenna Obi. Teamet ska nu undersöka vilka förhållanden i celler som gynnar ��‑D����‑bildning och om dessa kortlivade strukturer kan användas som nya mål för diagnostik och cancerbehandling. 

BildRebecca Forsberg