Para ilmuwan telah menemukan bahwa struktur memutar dalam DNA yang sudah lama disalahartikan sebagai knot sebenarnya adalah sesuatu yang sama sekali berbeda.
Di dalam sel, DNA dipelintir, disalin, dan ditarik terpisah. Liku dapat mempengaruhi bagaimana gen berfungsi, mempengaruhi yang diaktifkan dan kapan. Mempelajari bagaimana DNA merespons stres dapat membantu para ilmuwan lebih memahami bagaimana gen dikontrol, bagaimana molekul diatur, dan bagaimana masalah dengan proses ini dapat berkontribusi pada penyakit.
Selama bertahun -tahun, para peneliti telah menggunakan nanopori – lubang kecil cukup lebar untuk satu untai DNA tunggal untuk menyelinap – untuk membaca sekuens DNA dengan cepat dan murah. Sistem ini bekerja dengan mengukur arus listrik yang mengalir melalui nanopore. Ketika molekul DNA melewati, itu mengganggu arus itu dengan cara yang berbeda yang sesuai dengan masing -masing dari empat “huruf” yang membentuk kode DNA: a, t, c dan g.
Perlambatan atau paku yang tidak terduga dalam sinyal ini sering ditafsirkan sebagai simpul dalam DNA. Tapi sekarang, sebuah studi baru yang diterbitkan 12 Agustus di jurnal Ulasan Fisika x Menemukan bahwa perubahan sinyal ini juga dapat menandakan plektonem, yang merupakan gulungan alami yang terbentuk ketika DNA berputar di bawah tekanan.
“Knots and Plectonemes dapat terlihat sangat mirip dalam sinyal nanopore,” kata penulis studi utama Ulrich Keyserseorang fisikawan di Laboratorium Cavendish University of Cambridge, mengatakan kepada Live Science. “Tapi mereka berasal dari mekanisme fisik yang sangat berbeda. Knot seperti kusut ketat; plectonem lebih seperti pegas melingkar, dibentuk dengan torsi.”
Untuk mempelajari kumparan ini, para peneliti melewati untaian DNA melalui nanopore berbentuk kerucut dalam larutan asin dengan pH tinggi. Solusinya membantu menciptakan aliran elektroosmotik, yang berarti DNA mulai berputar saat memasuki pori. Gerakan ini menghasilkan gaya memutar yang cukup kuat, atau torsi, yang melingkarkan DNA, Keyser menjelaskan.
Keyser dan timnya juga menerapkan tegangan listrik di seluruh nanopore untuk membantu mendorong DNA melalui dan mengukur perubahan arus listrik.
“Dalam sistem skala nano semacam ini, semuanya adalah gesekan yang sangat tinggi, jadi DNA bergerak hampir seperti berenang melalui madu,” kata Keyser. “Ini lingkungan yang sangat kental, sehingga kekuatan yang relatif tinggi mendorong DNA dalam gerakan pembuka botol ini.”
Gambar 1 dari 3
Para peneliti menganalisis ribuan peristiwa ini. Sementara beberapa simpul masih muncul dalam percobaan, mereka cenderung lebih kecil – sekitar 140 nanometer – sedangkan plectonem sekitar 2.100 nanometer. Ketika tegangan yang diterapkan pada sistem meningkat, plektonem menjadi lebih umum karena torsi yang lebih kuat.
Untuk menguji lebih lanjut bagaimana putaran mempengaruhi perilaku DNA, para peneliti memperkenalkan istirahat kecil, yang disebut Nicks, menjadi satu untaian heliks ganda DNA. Torehan ini memungkinkan DNA untuk berputar lebih mudah dan melepaskan ketegangan yang dibangun, yang, pada gilirannya, menyebabkan lebih sedikit plektonem terbentuk. Ini mengkonfirmasi bahwa stres torsional adalah pendorong utama pembentukan struktur ini.
“Ketika kami mengendalikan kemampuan molekul untuk berputar, kami dapat mengubah seberapa sering plectonem muncul,” kata Keyser.
Meskipun nanopori sangat berbeda dari sel hidup, jenis plectonem ini juga dapat terbentuk selama proses seperti transkripsi dan replikasi DNA. Transkripsi menjelaskan ketika kode DNA disalin oleh molekul lain, disebut RNAdan dikirim ke sel. Replikasi menjelaskan ketika molekul DNA direplikasi secara penuh, yang terjadi ketika sel membelah, misalnya.
“Saya percaya bahwa torsi dalam molekul benar-benar dapat menimbulkan pembentukan motif i dan G-quadruplexes“Keyser mengatakan kepada Live Science, memberikan nama -nama dua jenis simpul spesifik yang terlihat dalam DNA. Jadi apa yang mereka temukan dalam studi laboratorium mereka kemungkinan memiliki implikasi untuk sel hidup, jelasnya.
Keyser dan timnya telah menyelidiki bagaimana plectonem dan struktur DNA lainnya terbentuk selama proses alami, seperti transkripsi. Di dalam pekerjaan sebelumnyamereka mengeksplorasi bagaimana stres torsional mempengaruhi replikasi DNA. Nanopori memberi para ilmuwan cara untuk tidak hanya membaca DNA tetapi juga untuk menonton bagaimana perilaku itu, penelitian ini menekankan.
“Fakta bahwa molekul DNA dapat memeras melalui pori, di mana kekakuannya seharusnya jauh lebih besar dari diameter pori, cukup menakjubkan,” Slaven Garajseorang fisikawan di Universitas Nasional Singapura yang bukan bagian dari penelitian ini, mengatakan kepada Live Science. “Ini 10, 50, bahkan 100 kali lebih kaku dari ukuran pori. Tetap saja, membungkuk dan melewati.”
Garaj senang dengan temuan ini. Di masa depan, “kita mungkin dapat memisahkan torsi yang diinduksi nanopore dari torsi yang sudah ada di DNA sebelumnya. Itu bisa memungkinkan kita menjelajahi supercoiling alami dengan cara baru,” tambahnya. Ini akan penting untuk memahami bagaimana kumparan dan simpul mengontrol aktivitas gen.
