Med nya verktyg som kan ta tag i enskilda DNA-strängar och sträcka ut dem som gummiband, Rice University-forskare arbetar med att reda ut ett mysterium med modern genomik. Deras senaste fynd, som dyker upp i Fysiska granskningsbrev , erbjuda nya ledtrådar om den fysiska sammansättningen av udda DNA-segment som bara har en DNA-bas, adenin, upprepas dussintals gånger i rad.

Dessa mystiska "poly(dA)-upprepningar" strös över hela det mänskliga genomet. Forskare har också hittat dem i genomet hos djur, växter och andra arter under det senaste decenniet. Men forskarna vet inte varför de är där, vilken funktion de utför eller varför de bara uppstår med DNA-basen adenin och inte de andra tre DNA-baserna - cytosin, guanin och tymin.

"Tidigare undersökningar av poly(dA) har föreslagit att adeninbaser staplas på ett mycket enhetligt sätt, " sa Ching-Hwa Kiang, medförfattare till den nya studien och biträdande professor i fysik och astronomi vid Rice. "Vår undersökning fokuserade på vad som händer när enstaka strängar av poly(dA) sträcktes och dessa staplar drogs isär."

Kiangs forskargrupp är specialiserad på att studera de fysikaliska och mekaniska egenskaperna hos proteiner och nukleinsyror, och deras främsta verktyg är en av grundpelarna i nanoteknologisk forskning - atomkraftsmikroskopet, eller AFM. Affärsändan för en AFM är som en liten grammofonnål. Nålspetsen är inte mer än några atomer bred, och nålen är i änden av en arm som guppar upp och ner över ytan på det som mäts. Medan nanoteknologer använder enheten för att mäta tjockleken på prover, Kiangs grupp använder det på ett annat sätt.

För att börja sina experiment, Kiang lägger först en tunn beläggning av de proteiner hon vill studera på en plan yta. Denna placeras under AFM-armen så att den guppande AFM-nålen kan doppa ner och ta tag i ändarna av ett av proteinerna. När armen dras in, det löser upp proteinet.

Alla proteiner viker sig till en karakteristisk form. Som små fjädrar, de förblir i detta kompakta "lägsta energi" tillstånd om de inte böjs isär.

Den nya studien om poly (dA) genomfördes av Kiang, Rice-studenten Wuen-shiu Chen och kollegor vid Rice and National Chung Hsing University (NCHU) i Taiwan. Teamet upptäckte att poly(dA) beter sig olika beroende på hastigheten med vilken den sträcks. När AFM guppade snabbt, poly(dA)-segmenten betedde sig som vilket annat segment av enkelsträngat DNA som helst. Men när AFM-rörelsen bromsades, laget fann att mängden kraft som krävs för att sträcka poly (dA) förändrades. På två speciella platser, strängen förlängdes en kort sträcka utan någon extra kraft alls.

"Vanligtvis, enkla DNA-strängar beter sig som ett gummiband:motståndet ökar när de sträcker sig, vilket betyder att du måste dra hårdare och hårdare för att fortsätta sträcka dem, " sa Kiang. "Med poly(dA), vi hittade dessa två punkter där det inte gäller. Det är som om man måste dra hårdare och hårdare, och sedan en kort stund, bandet sträcker sig utan någon som helst extra kraft. "

Kiang sa att de exakta orsakerna och konsekvenserna av fenomenet är oklara. Men forskare vet att dubbelsträngat DNA måste plockas isär på diskreta platser så att cellens maskineri kan läsa den genetiska koden och omvandla den till proteiner. Det har förekommit vissa spekulationer om att adeninupprepningarna spelar en roll för att beställa genomisk information; Kiang sa att de nya rönen väcker ännu fler frågor om vilken roll upprepningarna kan spela i genreglering och genomförpackning och hur de kan vara potentiella mål för cancerläkemedel.