Odkritje je bilo plod večletnega dela doktorskega študenta Vojča Kocmana pod mentorstvom Janeza Plavca, ki delujeta v Nacionalnem centru za NMR-spektroskopijo visoke ločljivosti na Kemijskem inštitutu (NMR - jedrska magnetna resonanca). Objavljeno je v znanstveni reviji Nature Communications.

Deoksiribonukleinska kislina (DNK) je molekula, ki je nosilka genskih informacij v vseh živih organizmih. Raziskovalca sta odkrila novo štirivijačno strukturno družino DNK-ja, ki sta jo poimenovala AGCGA-kvadrupleksi. Poleg dobro znane dvojne vijačnice sta bili namreč do zdaj znani samo še dve štirivijačni strukturni družini DNK-ja, poimenovani G-kvadrupleksi in i-motivi, je pojasnil Kocman.

Pomembno za iskanje zdravilnih učinkovin
Poznavanje struktur, v katere se zvijejo deli DNK-ja, je bistvenega pomena za uspešen razvoj in pripis lastnosti zdravilnim učinkovinam. Raziskovalca sta odkrila, da se v DNK-ju pojavljajo ponovitve, imenovane AGCGA, in sicer v genih, povezanih z avtizmom, rakavimi obolenji, razvojem kosti in hrustanca.

"Posebej zanimivo je, da tvorijo strukturo, ki je do zdaj ni nihče opisal, kar je izjemnost dosežka," je poudaril Plavec.

Kratki deli znotraj regulatornih regij molekul DNK-ja so bili že dolgo zanimivi za farmacijo in medicino, ker so obetavne tarče za zdravilne učinkovine pri rakavih obolenjih in genskih okvarah.

Z boleznimi povezane strukture
Kocman in Plavec sta do zdaj identificirala že 46 različnih struktur AGCGA-kvadrupleksov; našla sta jih v genih, povezanih z boleznimi, kot so avtizem, epilepsija, shizofrenija, Tourettov sindrom in rak kosti. Vsak AGCGA-kvadrupleks iz omenjene družine, ki je stabilen v človeških celicah, pa je mogoča tarča za razvoj učinkovin in je zanimiv tako za slovensko kot mednarodno znanstveno skupnost.

Kot je še dejal Plavec, je o konkretnih potencialih njihovega odkritja težko govoriti. "Pokazali smo, da struktura obstaja, do konkretnih aplikacij in učinkov pa nas čaka še veliko študij in raziskav," je dodal Kocman.

"Odprti novi horizonti"
Doseči nekaj takega je podobno, kot da bi splezal na velik hrib, pred tabo pa se odprejo nova obzorja, je dejal Plavec. "Pomembno je, da odkritje, poleg potencialne uporabe v zdravstvu, omogoča vpogled v fundamentalne lastnosti strukture DNK-ja, kar je v zelo tesni navezavi z nadaljnjimi pomembnimi odkritji."

Kot je še pojasnil Plavec, se z raziskavami nedvovijačnih struktur DNK-ja v njegovi skupini ukvarjajo že skoraj 20 let. Pri tem se povezujejo z različnimi slovenskimi raziskovalnimi institucijami.

V sodelovanju s profesorico Janjo Marc s Fakultete za farmacijo denimo raziskujejo osteoporozo, s profesorjem Borisom Rogljem z Instituta Jožef Stefan (IJS) nevrodegenerativne motnje, povezavo krajšanja zaporedij DNK-ja s prehitrim staranjem in pojavom diabetesa pa preučujejo skupaj s profesorico Katarino Trebušak Podkrajšek z Univerzitetnega kliničnega centra Ljubljana.

Profili avtorjev
Janez Plavec je vodja Nacionalnega centra za NMR-spektroskopijo visoke ločljivosti, ki deluje v okviru Kemijskega inštituta. Je tudi profesor strukturne biologije na ljubljanski univerzi. Raziskovalna področja Plavca vključujejo študijo strukture in dinamike biomakromolekulskih sistemov z NMR-jem in strukturne študije nukleotidov.

Diplomiral je leta 1987 na fakulteti za kemijo in kemijsko tehnologijo, kjer je leta 1990 tudi magistriral. Doktoriral je leta 1995 na Univerzi v Uppsali na Švedskem. V okviru Fulbrightovega programa je bil gostujoči raziskovalec na Georgia Institute of Technology v Atlanti (ZDA).

Plavčevi raziskovalni interesi poleg strukture in dinamike bioloških makromolekulskih sistemov z NMR-jem obsegajo še karakterizacijo dinamičnih ravnotežij malih molekul ter proučevanje povezav med prostorsko strukturo G-kvadrupleksov in njihovo funkcijo.

Vojč Kocman je diplomiral na ljubljanski fakulteti za kemijo in kemijsko tehnologijo leta 2012. Doktorski študij je vpisal kot mladi raziskovalec istega leta. Raziskovalno delo opravlja na NMR-centru na Kemijskem inštitutu, posveča pa se študiju nukleinskih kislin z NMR-spektroskopijo.

Video: Ponazoritev novoodkrite strukture DNK-ja