Forskare på Chalmers motbevisar den rådande uppfattningen om hur DNA sitter ihop. Det är inte vätebindningar som håller ihop de båda sidorna av DNA-strukturen genom att binda basparen, vilket idag är den gängse uppfattningen. Istället är det vatten som är grundläggande för att DNA ska hållas samman, visar forskarna i den vetenskapliga tidskriften PNAS. Upptäckten öppnar för nya grepp för forskning inom medicin och livsvetenskap.

För att DNA ska kunna läsas av, kopieras eller repareras måste DNA-molekylen öppna sig. Det gör den när cellen använder ett hjälpprotein för att skapa en hydrofob miljö runt molekylen. Illustration: Yen Strandqvist/Chalmers

DNA utgörs av två stommar bestående av sockermolekyler och fosfatgrupper. Mellan dessa sitter kvävebaser, alltså de atomföreningar som utgör organismens gener, med vätebindningar mellan sig. Hittills har den rådande uppfattningen varit att de två stommarna hålls samman genom vätebindningar som sitter mellan kvävebaserna på respektive stomme.
Forskare på Chalmers visar nu att DNAs helixstruktur i själva verket upprätthålls främst av att molekylen har ett hydrofobt innehåll i en omgivning som normalt består mest av vatten. Miljön är alltså hydrofil, medan kvävebaserna i DNA-molekylen är hydrofoba och därför stöter bort vatten som kommer i deras närhet. När hydrofoba enheter hamnar i en hydrofil miljö dras de till andra hydrofoba enheter för att minimera kontakt med vattnet.
De vätebindningar som man hittills har betraktat som avgörande för att hålla ihop DNA-helixen fungerar snarare som en kraft som sorterar basparen så att de länkas samman i rätt sekvens.
Upptäckten är avgörande för förståelsen för DNAs kontakt med omvärlden.
– Cellen vill skydda sitt DNA, och alltså inte utsätta det för hydrofoba miljöer, där det finns andra, ibland skadliga molekyler, säger Bobo Feng, en av forskarna bakom studien. Men samtidigt måste cellens DNA öppna sig då och då för att kunna användas.
– Vi menar att cellen har sitt DNA i vattenlösning för det mesta, men så fort en cell vill göra något med sitt DNA, som att läsa av det, kopiera det eller reparera fel på det, så utsätter den sitt DNA för en hydrofob miljö.
Vid reproduktion, till exempel, löses basparen från varandra och helixen öppnar sig. Därefter kan enzymer kopiera de båda sidorna av helixen och skapa nytt DNA. Även när det gäller att reparera trasigt DNA försätts den trasiga delen i en hydrofob miljö, för att sedan bytas ut. Det är då ett hjälpprotein som skapar den hydrofoba miljön. Denna typ av protein kan komma att bli nyckeln till att bekämpa en mängd allvarliga sjukdomar eftersom den är central i all DNA-reparation.
Att förstå dessa proteiner kommer ge många nya insikter om hur man skulle kunna bekämpa resistenta bakterier och även bota cancer. Bakterier reparerar sitt DNA med ett protein som heter RecA. Forskarna tror att deras resultat kan bana väg för nya upptäcker om hur bakterier reparerar och återskapar sitt DNA, och även metoder för att stoppa detta och därmed ta död på bakterierna.
I mänskliga celler finns proteinet Rad51 som reparerar DNA och återskapar muterade DNA-sekvenser, som annars skulle kunna orsaka cancer.
– För att förstå cancer behöver vi förstå hur DNA repareras, och för att förstå hur DNA repareras behöver vi förstå DNA i sig. Hittills har vi inte förstått DNA, eftersom vi har trott att det är vätebindningar som håller ihop det. Nu visar vi att det i stället är den hydrofoba kraften som ligger bakom. Vi säger dessutom att DNA beter sig helt annorlunda om man placerar det i en hydrofob miljö. Detta kan hjälpa oss att förstå DNA och hur det repareras. Ingen har tidigare placerat DNA i en miljö som gränsar till det hydrofoba och studerat hur det beter sig, så det är inte konstigt att ingen har upptäckt detta förrän nu.

Filed under: SvenskTeknik