Двойная спираль стала одним из самых узнаваемых образов современной науки. Две переплетённые цепочки, похожие на скрученную лестницу, обычно и представляют, когда говорят о ДНК.
Однако внутри человеческих клеток ДНК далеко не всегда сохраняет эту привычную форму. Она может изгибаться, складываться в петли и образовывать более сложные структуры. Теперь учёные смогли точнее определить, где именно такие участки находятся в геномах людей и других приматов.
Долгое время увидеть полную картину было невозможно. Первый вариант человеческого генома, опубликованный в 2001 году, оставался незавершённым: около восьми процентов последовательности, главным образом состоявшей из повторяющихся участков ДНК, определить не удалось.
Постепенно исследователи заполняли пробелы. В 2022 году появился наиболее полный эталонный геном человека, а в 2023 году была расшифрована последняя недостающая часть — мужская половая хромосома.
Позже учёные также составили полные эталонные геномы шести видов человекообразных приматов: шимпанзе, бонобо, гориллы, борнейского и суматранского орангутанов, а также сиаманга.
Команда из Пенсильванского университета использовала эти данные, чтобы найти последовательности, способные образовывать необычные структуры ДНК. Исследователи проанализировали геном человека и всех шести видов приматов.
Сделать это позволили новые технологии, которые считывают ДНК длинными фрагментами. Старые методы разбивали геном на множество коротких отрывков, которые затем приходилось собирать вместе. Особенно трудно было работать с повторяющимися областями: похожие фрагменты легко перепутать или расположить неправильно.
Длинное считывание позволило рассмотреть ранее недоступные части генома и обнаружить там значительно больше признаков необычных форм ДНК, чем показывали прежние данные.
Особенно много таких участков оказалось в так называемой сателлитной ДНК — повторяющихся некодирующих последовательностях, которые участвуют в организации и поддержании устойчивости хромосом. У других приматов необычные структуры распределялись по геному неравномерно.
ДНК может принимать множество форм. Помимо двойной спирали, она способна изгибаться, складываться в структуры, похожие на шпильки, образовывать четверные комплексы из гуанина или закручиваться в противоположную сторону.
По некоторым оценкам, последовательности, способные формировать такие структуры, занимают около 13 процентов человеческого генома.
Это не просто необычная геометрия молекулы. Подобные формы могут влиять на копирование ДНК, защиту хромосом, управление активностью генов и процессы химической модификации генома.
Некоторые из этих структур, вероятно, играют полезную роль и могут способствовать эволюционным изменениям. Но существует и обратная сторона. Необычно сложенная ДНК способна мешать её копированию, увеличивать вероятность мутаций и снижать устойчивость генома.
Исследователи отмечают, что такие структуры могут быть связаны с развитием рака, нейродегенеративных заболеваний и некоторых наследственных нарушений, включая синдром Вернера.
Пока учёные только начинают понимать, как форма ДНК влияет на работу клеток и здоровье человека. Раньше при изучении генома основное внимание уделяли последовательности генетических «букв». Теперь становится ясно, что значение имеет не только то, что записано в ДНК, но и то, какую пространственную форму она принимает.
Новая карта необычных структур не даёт готовых ответов, но показывает, где их искать. Эти данные могут стать основой для будущих исследований, которые объяснят, когда непривычная форма ДНК помогает клетке, а когда превращается в источник опасных нарушений.
