Etichetarea cu lumină albastră dezvăluie parteneri proteici neașteptați ai structurilor ADN pliate
ADN-ul nu este doar o dublă helică. Atunci când patru catene se pliază într-un mănunchi compact, ele formează o G-cvadruplexă (G4). Aceste structuri se formează în regiunile bogate în guanină din genom, inclusiv în telomerele de la capetele cromozomilor și în regiunile de control ale genelor, unde proteinele care se atașează de ele contribuie la deciderea genelor care sunt activate.
G4 nu acționează la fel peste tot. Ce face depinde de locul unde se formează și de proteinele care se leagă de ea. De aceea înțelegerea interacțiunilor din jurul G4 este atât de importantă.
Capturarea partenerilor eluzivi ai G4
Testele biochimice oferă mai multe informații despre complexitatea acestor interacțiuni. Aceste teste evaluează modul în care ADN-ul și proteinele interacționează în procese precum replicarea, transcripția și repararea ADN-ului. Cu toate acestea, testele anterioare nu au reușit să surprindă tabloul complet.
O echipă condusă de Kazumitsu Onizuka și Shinichi Sato de la Universitatea Tohoku, împreună cu Takanori Oyoshi de la Universitatea Shizuoka, a dezvoltat o metodă de etichetare prin proximitate fotocatalitică care depășește dificultățile metodelor anterioare și capturează parteneri pe care metodele mai vechi i-au ratat. Tehnica a scos la iveală și hexokinaza-1 ca un jucător neașteptat în aceste interacțiuni. Lucrarea este publicată în revista Communications Chemistry.
„Problema este că identificarea proteinelor care se leagă de G4 nu este deloc simplă”, explică Sato. „Metodele convenționale de tip momeală și captură ratează legăturile slabe sau tranzitorii. Sondele chimice mai noi au și ele dezavantaje, deoarece se leagă în interiorul cvadruplexei și blochează unele dintre proteinele pe care ar trebui să le prindă.”
Cercetătorii au testat noua metodă, atașând un fotocatalizator (care reacționează la lumină) direct pe o G4 de telomer uman și adăugând un reactiv de marcare. Treizeci de secunde de lumină albastră au generat oxigen singlet, o formă reactivă de oxigen cu o rază de acțiune de doar câțiva nanometri, astfel încât doar proteinele aflate imediat lângă structură au primit o etichetă chimică ce putea fi ulterior identificată prin spectrometrie de masă.
O enzimă metabolică se leagă de G4
Noua metodă a semnalat peste 1.000 de candidați de legare, dar cel care s-a clasat pe primul loc a fost neașteptat. Era hexokinaza-1 (HK1) — o enzimă care realizează primul pas al metabolismului glucozei și care funcționează în mod normal la membrana externă a mitocondriilor.
„Această descoperire a fost o surpriză veritabilă”, remarcă Onizuka. „HK1 este o enzimă metabolică de manual, asociată de obicei cu glicoliza, și, din câte știm, nu a fost raportată anterior nicio interacțiune directă a acesteia cu un acid nucleic pliat.”
Legarea a fost confirmată cu proteină purificată prin două teste independente. Testele de mobilitate electroforetică au arătat că HK1 formează un complex cu ADN-ul G4, dar nu cu ADN-ul dublu-catenar, iar termofereza la scară microscopică a confirmat că interacțiunea este una strânsă.
Descoperirea sugerează că metabolismul și reglarea genelor, care sunt de obicei studiate separat, ar putea fi conectate mai direct decât se presupunea. Deși relația biologică dintre HK1 și G4 este încă neclară, echipa este nerăbdătoare să abordeze această întrebare în continuare, deoarece ar putea ajuta la o mai bună înțelegere a cancerului și a bolilor metabolice.
„Metoda pe care am dezvoltat-o nu este doar una singulară”, spune Ahmed Mostafa Abdelhady, care a lucrat intens la acest proiect în perioada în care era student la doctorat la Universitatea Tohoku. „Este mai degrabă o platformă generală care ar putea funcționa pentru alte structuri de acizi nucleici. Suntem încântați să testăm și alte candidate.”
Detalii de publicare
Ahmed Mostafa Abdelhady et al., Photocatalytic proximity labeling for the identification of G-quadruplex DNA-interacting proteins, Communications Chemistry (2026).
