O metodă inovatoare pentru a studia, la nivel de moleculă individuală, dinamica unei structuri speciale de ADN implicată în reglarea activității genelor a fost dezvoltată de o echipă de cercetători de la Facultatea de Fizică a Universității „Alexandru Ioan Cuza” (UAIC) din Iași.

Potrivit unei postări publicate marți pe pagina de Facebook a universității, echipa UAIC a dezvoltat o metodă modernă care permite observarea, în timp real, a unor structuri speciale ale ADN-ului implicate în reglarea expresiei genelor.

Descoperirea oferă perspective noi asupra mecanismelor moleculare care ar putea sta la baza viitoarelor terapii genice, relatează Agerpres.

Echipa UAIC este formată din prof. univ. dr. Loredana Mereuţă şi doctoranda Adina Cîmpanu, coordonată de prof. univ. dr. Tudor Luchian.

Cum funcționează metoda?

„Reglarea expresiei genelor este esenţială pentru viaţa oricărei celule: o activare excesivă sau insuficientă a unei gene poate declanşa o cascadă dezastruoasă de evenimente celulare, ducând la moartea celulei sau, în cazul cancerului, la imortalitatea acestei”, explică prof. univ. dr. Tudor Luchian.

Pentru a înţelege aceste mecanisme disfuncţionale, este fundamentală înţelegerea factorilor care influenţează stabilitatea şi comportamentul ADN-ului.

„În mod tradiţional, ADN-ul este văzut ca o dublă elice dreaptă, clasică. Cu toate acestea, în celulele noastre, ADN-ul este mult mai dinamic şi poate lua o varietate de forme neobişnuite, cum ar fi structuri cu patru lanţuri (G-quadruplexe) sau, aşa cum este subiectul acestui studiu, structuri i-motif. Acestea se formează în regiuni bogate în citozină (C) a genomului, cum ar fi telomerii (capetele cromozomilor) şi în anumite secvenţe promotoare ale genelor, fiind puternic influenţate de pH-ul mediului. Ele sunt considerate «al doilea cod genetic», implicat în reglarea activităţii genelor”, precizează coordonatorul echipei.

Potrivit acestuia, metoda elaborată de cercetătorii UAIC se bazează pe utilizarea unei proteine nanoscopice care creează un canal extrem de îngust într-o membrană.

Trecerea unui curent electric foarte slab prin acest canal permite detectarea interacțiunii moleculelor de ADN cu nanoporul, interacțiune care produce variații specifice ale curentului, măsurabile cu o precizie foarte ridicată.

Cu ajutorul acestei tehnici, echipa de cercetare a analizat o structură particulară a ADN-ului, cunoscută sub denumirea de i-motif, identificând două modalități distincte de detectare a acesteia.

Cea mai promiţătoare parte a acestei cercetări constă în posibilitatea de aplicare directă în dezvoltarea unor noi tratamente medicale.

Studiul contribuie la dezvoltarea terapiilor inovatoare

Astfel, prin blocarea selectivă a structurilor i-motif din anumite regiuni ale genelor asociate unor boli, inclusiv anumite forme de cancer, ar putea fi dezvoltate terapii inovatoare menite să regleze activitatea genetică.

„În cadrul acestei cercetări am creat o moleculă mică, numită PNA (acid nucleic peptidic), formată din doar şase unităţi, care se potriveşte exact cu secvenţa de ADN studiată. Această moleculă funcţionează ca un «întrerupător genetic» reversibil, care poate pătrunde controlat în structura i-motif şi să o destabilizeze, împiedicând formarea acesteia, mai ales înainte ca mediul să devină prea acid (scăderea pH-ului). Un avantaj major al PNA-ului este că este mult mai rezistent la degradarea enzimatică în corp decât ADN-ul sau ARN-ul obişnuit, ceea ce îi conferă un potenţial terapeutic important. Astfel de probe PNA ar putea fi optimizate - fie cuplându-se cu peptide care facilitează pătrunderea în celule, fie adăugând secvenţe nucleotidice adiţionale — pentru a ataca cu mai multă eficienţă structurile i-motif din celulă”, mai transmite Tudor Luchian.

Potrivit acestuia, studiul ajută la înţelegerea mecanismelor fundamentale ale vieţii şi deschide perspective pentru viitoarele strategii de tratament medical.

„Lucrarea noastră prezintă, astfel, o metodă puternică care permite studierea unei singure molecule de ADN, pentru a înţelege cum interacţionează structurile i-motif. În plus, studiul arată cum pot fi proiectate molecule speciale, numite PNA-uri terapeutice, care ar putea să ţintească aceste structuri şi să le controleze. Acest studiu nu doar că ne ajută să înţelegem mai bine mecanismele fundamentale ale vieţii, dar deschide şi perspective pentru viitoare strategii de tratament medical”, a subliniat coordonatorul echipei de cercetare a UAIC.

Rezultatele cercetării sunt prezentate în studiul intitulat „Nanopore-Based, Real-Time Single-Molecule Probing of i-Motif Structural Dynamics and Targeted PNA Disruption”, publicat în prestigiosul jurnal „Nano Letters” al American Chemical Society, inclus în clasamentul select Nature Index, care reuneşte cele mai relevante publicaţii internaţionale din domeniul ştiinţelor vieţii.

Citește și: O proteină protejează creierul de deteriorarea cauzată de îmbătrânire, conform unui studiu