En un nuevo estudio, investigadores del Departamento de Bioquímica del Instituto Indio de Ciencias (IISc) han utilizado una novedosa técnica de imágenes para determinar con qué fuerza las bases adyacentes (los componentes básicos del ADN) se apilan unas sobre otras en una sola hebra. . Los hallazgos abren posibilidades para construir nanodispositivos de ADN complejos y desentrañar aspectos fundamentales de la estructura del ADN.
Detrás del perfecto funcionamiento de cada célula viva se encuentra el ADN, el vehículo hereditario que transporta información para su crecimiento, funcionamiento y reproducción. Cada cadena de ADN suele estar formada por cuatro bases de nucleótidos:adenina (A), guanina (G), timina (T) y citosina (C). Las bases de una cadena se emparejan con las de la cadena opuesta para formar el ADN bicatenario (A se empareja con T y G se empareja con C).
Dos tipos de interacciones estabilizan la estructura de doble hélice del ADN. El emparejamiento de bases (interacción entre bases en hebras opuestas) es más conocido, mientras que el apilamiento de bases (interacción entre bases en la misma hebra) no está muy bien estudiado. Imagine una cremallera en la que el emparejamiento de bases es como la cremallera que mantiene juntas las dos hebras, mientras que el apilamiento de bases actúa como los dientes de la cremallera, lo que garantiza una conexión firme y segura.
Las interacciones de apilamiento de bases suelen ser más fuertes que el emparejamiento de bases, dice Mahipal Ganji, profesor asistente en el Departamento de Bioquímica del IISc y autor correspondiente del artículo publicado en Nature Nanotechnology. .
Para estudiar las 16 combinaciones posibles de apilamiento de bases, los investigadores utilizaron DNA-PAINT (acumulación de puntos en topografía a nanoescala). DNA-PAINT es una técnica de imágenes que funciona según el principio de que dos cadenas de ADN diseñadas artificialmente (cada una termina en una base diferente) cuando se juntan en una solución tampón a temperatura ambiente, se unirán y desunirán entre sí de forma aleatoria durante un tiempo muy corto. .
El equipo etiquetó una de las hebras (hebra generadora de imágenes) con un fluoróforo que emitiría luz durante la unión y probó el apilamiento de esta hebra encima de otra hebra acoplada. La unión y desunión de diferentes combinaciones de hebras (basadas en las bases terminales) se capturaron como imágenes bajo un microscopio de fluorescencia.
Se descubrió que el tiempo necesario para unir y desvincular las hebras aumenta si la interacción entre las bases apiladas era fuerte, explica Abhinav Banerjee, primer autor y Ph.D. Estudiante del Departamento de Bioquímica. Por lo tanto, utilizando los datos obtenidos de DNA-PAINT, los investigadores construyeron un modelo que vinculaba el momento de unión y desunión con la fuerza de interacción entre las bases apiladas.
Utilizando esta técnica, el equipo pudo descubrir ideas interesantes sobre el apilamiento de bases. Por ejemplo, añadir sólo una interacción más de apilamiento de bases a una cadena de ADN parece aumentar su estabilidad hasta 250 veces. También descubrieron que cada par de nucleótidos tenía su propia fuerza de apilamiento única. Esta información permitió al equipo diseñar una nanoestructura de ADN de tres brazos altamente eficiente que podría integrarse en un vehículo con forma de poliedro para aplicaciones biomédicas, como apuntar a marcadores de enfermedades específicas y administrar terapias dirigidas.
Los investigadores también están trabajando para mejorar la propia técnica de DNA-PAINT. Banerjee dice que, aprovechando las interacciones de apilamiento, planean diseñar sondas novedosas que ampliarían las aplicaciones potenciales de DNA-PAINT.
Además, según los científicos, la investigación tiene aplicaciones más amplias más allá de las imágenes y la nanotecnología. Ganji espera que estos hallazgos puedan utilizarse para estudiar las propiedades fundamentales del ADN monocatenario y bicatenario que, a su vez, puedan arrojar luz sobre los mecanismos de reparación del ADN, cuyo fallo conduce a muchas enfermedades, incluido el cáncer.
Más información: Banerjee A, Anand M, Kalita S, Ganji M, Análisis de molécula única de energía de apilamiento de bases de ADN utilizando nanoestructuras de ADN modeladas, Nanotecnología natural (2023). www.nature.com/articles/s41565-023-01485-1
Información de la revista: Nanotecnología de la naturaleza
Proporcionado por el Instituto Indio de Ciencias
