Учёные из СПбГУ научились точно настраивать кислотный порог ДНК-переключателей
Соколов: принципы помогут создать лекарства, активные только в кислой среде опухоли
Исследователи Санкт-Петербургского государственного университета создали модель, которая предсказывает и настраивает, при какой кислотности срабатывают молекулярные ДНК-переключатели.
Переключатели построены на четырёхцепочечных мотивах ДНК и меняют структуру в зависимости от кислотности среды. Кислотность в здоровых тканях и в опухолях различается, поэтому такие молекулы подходят для адресной доставки препаратов.
Чувствительны к кислотности ДНК-комплексы из двух компонентов — G-квадруплекса и i-мотива. Эти последовательности способны складываться в объёмные «бочонки», собранные из четырёх параллельных цепей. У i-мотивов такая сборка идёт в кислой среде. В нейтральной и щелочной «бочонки» разбираются, и i-мотив связывается с G-квадруплексом по всей длине, как застёжка-молния.
Исследователи собрали переключатели двух типов. В первом G-квадруплекс и i-мотив соединены короткой одноцепочечной нитью ДНК, во втором они полностью самостоятельны. В кислой среде первый превращается в два «бочонка» с перетяжкой, второй — в два несвязанных.
У первого типа свойства можно настраивать длиной нити между компонентами: чем она длиннее, тем легче «молния» разрушается даже в не очень кислой среде. В обоих типах можно менять прочность связи, вводя неподходящие друг другу «зубцы». Если подходящих зубцов много, для «расстёгивания» нужна высокая кислотность, если меньше — хватит менее кислой среды.
Учёные экспериментально определили, как менять структуру, чтобы повышать или понижать кислотность срабатывания с точностью до десятых долей единицы. На этих данных они построили модель, которая позволит проектировать переключатели с заранее заданными свойствами.
Исследование поддержано грантом Российского научного фонда, результаты опубликованы в журнале Analytical Chemistry. Пётр Соколов, участник проекта, кандидат физико-математических наук и доцент кафедры молекулярной биофизики и физики полимеров СПбГУ, отметил, что со временем описанные принципы помогут создавать умные лекарства, которые включаются только в кислой среде опухоли, а также биосенсоры с настраиваемой чувствительностью.
Дальше авторы планируют создавать нанолекарства, реагирующие и на другие показатели, например концентрацию глюкозы или билирубина.