Группа учёных из США показала, что ДНК-оригами, несущие зонд для детектирования РНК, должны быть стабильны во внутриклеточной среде. Опасения учёных были вызваны тем, что чужеродная ДНК в клетках зачастую подвергается деградации.

Специальные ферменты – нуклеазы – узнают и расщепляют молекулы ДНК, защищая клетку от паразитов. Однако прямоугольные конструкции ДНК-оригами, собранные учёными, оказались устойчивы к действию этих нуклеаз.

Образцы ДНК-оригами, а также одноцепочечной ДНК вируса М13 и двуцепочечной ДНК фага лямбда были обработаны лизатом клеток человека. Лизат – это внутреннее содержимое клеток; он был получен по стандартной методике путём разрушения клеток и последующего удаления ядерной ДНК и остатков клеточных мембран. Таким образом, в лизате содержались те же нуклеазы, что и в живой клетке. Оказалось, что даже после многочасовой обработки таким лизатом ДНК-оригами сохраняли свою целостность, тогда как одно- и двуцепочные ДНК полностью разрушались (рисунок 1). Исследователи предполагают, что нуклеазы не распознают свёрнутую в оригами молекулу ДНК как субстрат. Возможно, из-за своей сложной архитектуры ДНК в составе оригами не может принять конформацию, удобную для связывания с ферментами, либо тому виной высокая плотность отрицательного заряда ДНК-оригами.

Рис. 1. Относительная стабильность одноцепочечной ДНК, прямоугольных ДНК-структур и двуцепочечной ДНК при обработке их клеточным лизатом (электорофорез в агарозном геле). Полоса в треке свидетельствует о наличии ДНК, отсутствие полосы – о деградации.

Учёные также проверили, что клеточный лизат не нарушает способность ДНК-оригами распознавать и связывать молекулы РНК. Для этого они модифицировали прямоугольную конструкцию, добавив шесть «гантелеобразных» (dumbbell-shaped) мотивов в левый верхний угол и разместив 12 зондов к РНК человеческого бета-актина вдоль правого края (рисунок 2). Гантелеобразные мотивы выступают над поверхностью плоской ДНК-структуры, благодаря чему можно быстро сориентироваться, какой же из углов – верхний левый. После обработки таких модифицированных ДНК-оригами лизатом клеток HeLa они сохраняли способность связывать РНК бета-актина (рисунок 3).

Рис. 2. Схематическое изображение модифицированных ДНК-оригами. Красным цветом изображена метка в левом верхнем углу, малиновым – зонд к РНК бета-актина.

Рис. 3. Сохранение функциональности зондов из ДНК-оригами после обработки их клеточным лизатом. Связывание РНК бета-актина проявляется в виде яркой полосы вдоль правого края оригами. Чтобы определить, какой из краёв правый, обратите внимание на светящуюся точку в левом верхнем углу. АСМ, метка 300 нм, размер вставки – 250 нм х 250 нм.

Полученные результаты показывают, что ДНК-оригами, по всей видимости, должны быть устойчивы к разрушающему воздействию внутриклеточной среды, не теряя при этом своих функциональных свойств.

Результаты исследований опубликованы в статье:

Qian Mei, Xixi Wei, Fengyu Su, Yan Liu, Cody Youngbull, Roger Johnson, Stuart Lindsay, Hao Yan, and Deirdre Meldrum Stability of DNA Origami Nanoarrays in Cell Lysate. – Nano Letters. – Publication Date (Web): March 2, 2011.