Teksti Kemia-lehti
Mark Afari kehitti väitöstutkimuksessaan uudenlaisia nukleiinihappojen runkorakenteita, joihin DNA-emäs tai sen analogi voidaan liittää palautuvasti. Menetelmää voidaan hyödyntää esimerkiksi pistemutaatioiden tunnistuksessa.
Ihmisen genomi koostuu kahdesta täydellisestä sarjasta kolmen miljardin DNA-kirjaimen, tai emäksen koodia, joka sisältää ohjeet kehon rakentamiseen ja ylläpitoon. DNA on kuin merkkijono, joka muodostaa merkityksellisiä sanoja. Jos jokin merkki puuttuu tai on väärässä paikassa, viesti muuttuu epäselväksi.
Geneettinen koodi on hauras, ja DNA on jatkuvasti uhattuna. Arkipäiväiset tekijät kuten auringonvalo, tupakointi, huono ruokavalio ja solujen sisäiset luonnolliset kemialliset reaktiot voivat vahingoittaa tai muuttaa sitä. Yleisin muutos on pistemutaatio, eli yksittäisen DNA-emäksen vaihtuminen toiseen, esimerkiksi C vaihtuu A:ksi, G:ksi tai T:ksi.
Ihmisen solut keräävät päivittäin miljardeja tällaisia muutoksia. Monet mutaatiot ovat harmittomia, mutta jotkut voivat häiritä solun toimintaa tai saada sen käyttäytymään poikkeavasti. Jos mutaatio periytyy vanhemmalta tai tapahtuu varhaisessa kehitysvaiheessa, se voi vaikuttaa moniin tai jopa kaikkiin kehon soluihin ja lisätä perinnöllisten sairauksien riskiä.
Pistemutaatioilla voi olla vakavia vaikutuksia, vaikka vain yksi DNA:n kirjain muuttuu. Mutaatiot voivat häiritä proteiinien toimintaa, aiheuttaa soluhäiriöitä tai laukaista sairauksia kuten sirppisoluanemia, progeria, Huntingtonin tauti tai erilaiset syövät.
Aukkopaikka täytetään ja vapautetaan pH:ta säätämällä
Mark Afari kehitti väitöstutkimuksessaan uudenlaista menetelmää, jossa sopivasti muokatussa DNA:ssa tai RNA:ssa oleva reaktiivinen aukkopaikka voidaan täyttää ja taas vapauttaa pH:ta säätämällä.
”Kehittämämme menetelmä, jota kutsutaan palautuvaksi emäksen täytöksi, mahdollistaa erilaisten muokattujen rakenteiden testaamisen ilman, että koko DNA- tai RNA-juostetta tarvitsee valmistaa alusta asti. Toisaalta täyttämällä kaksoiskierteisen DNA:n tai RNA:n aukko siihen sopivalla luonnollisen emäksen johdoksella voidaan saada tietoa siitä, mikä emäs on aukon kohdalla vastinnauhassa”, Afari kertoo.
DNA:ssa emäsparien muodostumista ohjaavat pääasiassa vetysidokset sekä emästen pinoutuminen. Emäkset (A, T, C ja G) ovat litteitä ja pinoutuvat siististi päällekkäin DNA:n kiertyneessä tikapuurakenteessa.
Vetysidokset puolestaan mahdollistavat sen, että yhden DNA-juosteen emäkset kiinnittyvät sopiviin emäksiin juosteen vastapuolella. Vetysidokset toimivat kuin tarranauha, eli sidokset ovat tarpeeksi vahvoja pitämään DNA-juosteet yhdessä, mutta sallivat myös niiden avautumisen, kun DNA:ta tarvitsee kopioida tai lukea.
Tutkimuksessa tarkasteltiin myös, kuinka nopeasti aukot täyttyvät emäksillä, tunnistettiin keskeiset tekijät, jotka säätelevät aukkoon sitoutuvan emäksen valintaa, sekä arvioitiin lopputuotteen pysyvyyttä emäksen lisäämisen jälkeen.
Nopeita reaktioita lievästi happamissa olosuhteissa
Tutkimuksessa hyödynnettiin dynaamista yhdistelmällistä kemiaa, joka perustuu palautuviin kemiallisiin reaktioihin yhteensopivien molekyylien välillä termodynaamisessa tasapainossa.
Tässä järjestelmässä vakaimmat ja edullisimmat tuotteet syntyvät luonnollisesti ja rikastuvat tuoteseoksessa. Tutkimuksessa syntetisoitiin sarja muokattuja oligonukleotideja, joiden aukkopaikka täyttyi reaktiossa aldehydien kanssa muodostaen joko N-metoksi-1,3-oksatsinaani- tai N-metoksi-1,3-oksatsolidiinirenkaan.
Tutkimuksen tulokset osoittavat, että nämä reaktiot olivat nopeita ja palautuvia lievästi happamissa olosuhteissa (pH 5,5), mutta paljon hitaampia fysiologisessa pH-arvossa (noin 7,4), joka vastaa ihmiskehon olosuhteita.
Tämä molekyylien dynaaminen palautuvuus toimii kuin avain, joka mahdollistaa tiettyjen muokatun DNA-juosteen kohtien ”avaamisen” tai ”sulkemisen” tarpeen mukaan.
Kehitetty menetelmä voi mahdollistaa entistä älykkäämpien ja joustavampien työkalujen suunnittelun esimerkiksi edistynyttä diagnostiikkaa tai DNA-nanoteknologiaa varten.
Mark Nana Kwame Afarin kemian väitöskirja Reversible base filling of oligonucleotide through formation of N-methoxy-1,3-Oxazinane and N-methoxy-1,3-oxazolidine nucleosides tarkastetaan 15.8.2025 Turun yliopistossa. Vastaväittäjänä toimii professori Juan José Díaz Mochón (University of Granada) ja kustoksena professori Tuomas Lönnberg (Turun yliopisto).
Lähde: Turun yliopisto
Lue myös:
Ihmisellä ja sukkulamadolla on yhtä paljon proteiineja koodaavia geenejä – Päivitä tietosi geeneistä
DNA-origamirakenteet ovat myös hyviä nanomateriaalien rakennuspalikoita
