DNA 不僅能形成「雙螺旋」,還會產生「四螺旋」結構

作者 | 發布日期 2017 年 12 月 31 日 0:00 | 分類 生物科技 , 醫療科技 follow us in feedly

DNA 是生物體內最重要的遺傳物質,會形成一種「雙螺旋」結構,藉此才能完美地將遺傳訊息精確複製而遺傳給下一代。然而 DNA 的構造還有其他可能性,英國劍橋大學先前就已發現細胞中尚有一種「四螺旋」的 DNA 結構,主要發生於富含「鳥嘌呤」(Guanine,G)的區域,因此也稱作「G-四聯體」(G-quadruplex)。進一步科學家還發現 G-四聯體常出現於癌症相關基因的 DNA 區域內,很可能扮演著開啟或關閉這些基因的角色,因此四螺旋於癌症治療也有其重要性,也希望新藥研發公司能重視此生物學的基礎發現。



劍橋大學化學系的尚卡爾‧巴拉蘇布拉曼尼安(Shankar Balasubramanian)教授為了更全面性研究 G-四聯體於人類細胞 DNA 的分布情形,首先研發出能精確辨認 G-四聯體構造的「抗體」(註)。有了這項強有力的「研究工具」後,研究團隊得以將細胞中大部分 G-四聯體分離出來。再藉由次世代核酸定序分析這些四聯體的核酸序列,並與已知的人類基因體序列比對後發現,細胞中的 DNA 竟有約一萬個 G-四聯體,而且多分布於調控基因表現的 DNA 區域,此外癌症相關基因的區域出現 G-四聯體的機會更高。研究內容已刊登在 2016 年 9 月的《自然遺傳學》(Nature Genetics)期刊。

當 DNA 處於雙股螺旋結構時 G-四聯體並不會產生,只有在 DNA 進行複製或基因轉錄時,雙股結構暫時被「解開」而暴露出單股 DNA,才有機會形成 G-四聯體。科學家也發現,某些細胞中的蛋白能協助 G-四聯體形成,少了它們形成的速度會很緩慢。

(Source:PMC

由於 G-四聯體多出現在調控基因表現的區域,合理的推測它應該扮演調節基因表現的角色。科學家將能形成 G-四聯體區域 DNA 的鳥嘌呤置換為其他鹼基,的確發現會使該基因表現下降;此外,若使用能與 G-四聯體結合的小分子化合物處理細胞時,那些具有 G-四聯體的基因表現量會明顯受到改變,而不具此構造的基因表現較不受影響。

最近,加拿大皇后大學(Queen’s University)一位博士班研究生 Caitlin Miron 女士(28 歲),從數量龐大的化合物中篩選出一款新穎的、能與 G-四聯體相結合的化學分子,將有機會用於抑制癌細胞的生長與轉移。Miron 說:「雖然 G-四聯體能抑制基因的表現,但是此解構很容易被細胞內某些酵素解開,而我們篩選出來的藥物,作用有如強力膠一般會將此結構固定住,因此能抑制致癌基因的表現。」

Miron 已經測試此新穎藥物對數種癌細胞生長的影響,結果顯示有些種類的癌細胞生長確實受到抑制了。由於本次發現的重要性,Miron 於最近(2017 年 11 月)獲頒「Mitacs 傑出創新獎」(Mitacs Award for Outstanding Innovation)。有了此項突破性的進展,科學家將能以此為基礎開發治療癌症的新藥。

註:抗體具專一性,一種抗體只會和一種抗原結合,已經廣泛應用於基礎科學研究和生醫檢驗。此外,近年來還有愈來愈多抗體發展為抗癌藥物。

(首圖來源:shutterstock)