Однією з найвідоміших візуальних репрезентацій у біологічній науці є подвійна спіраль – закручена, двостороння драбина, яка визначає форму молекул ДНК.

Але не вся ДНК слідує цьому впізнаваному шаблону. Існують альтернативні види структур ДНК, і нові технології допомагають їх виявити.

У дослідженні минулого року вчені виявили, де ці "неканонічні" форми ДНК (також відомі як не-B ДНК) виникають у людських та інших приматних геномах.

Аналіз, опублікований у Nucleic Acids Research, допомагає завершити наше розуміння місць і різноманітності форм ДНК у нашому геномі.

"Коли людський геном вперше було опубліковано у 2001 році, він насправді не був завершений," сказала біолог Катерина Макова з Університету штату Пенсильванія.

"Приблизно 8 відсотків геному, в основному повторювана ДНК, залишалося невизначеним."

Велика дослідницька робота в наступні роки, що завершилася проектом Telomere-to-Telomere (T2T), працювала над заповненням більше даних, зібравши найбільш повний референсний людський геном у 2022 році, а потім нарешті послідовно визначивши останній відсутній фрагмент у 2023 році.

У 2025 році вчені T2T зробили ще один крок вперед, завершивши референсні геноми для шести видів мавп: шимпанзе, бонобо, горила, борнейський орангутан, суматранський орангутан і сіаманг.

У своєму новому дослідженні команда Макової проаналізувала референсні геноми T2T для людей та шести видів мавп, шукаючи патерни в генетичному коді, які вказували на послідовності не-B ДНК.

"Тепер у нас є повна картина мотивів, які схильні до формування не-B ДНК для цих геномів," сказала біолог з Пенсильванії Ліннеа Смедс, перша авторка дослідження.

Нові знахідки – і самі набори даних T2F – стали можливими завдяки новим технологіям секвенування довгих фрагментів, які здатні секвенувати геноми в менших, але довших сегментах (на відміну від коротких фрагментів, які важко зібрати).

Здатність ефективно "збільшувати" та аналізувати більше генетичного коду за один раз дозволяє вченим краще виявляти функціональні елементи в геномі, включаючи послідовності не-B ДНК, які раніше були пропущені і які недостатньо вивчені внаслідок цього.

Коли команда проаналізувала референсний геном людини, дані довгого секвенування виявили більше неконанічних ДНК-підписів, ніж попередня інформація короткого секвенування пропонувала.

"Ми виявили надмірну представленість більшості типів мотивів не-B ДНК у нових доданих послідовностях людського геному T2T," пишуть дослідники у своїй статті.

"Здатність аналізувати раніше недоступні регіони геномів, які багаті мотивами не-B ДНК, дозволила нам виявити повний геномний репертуар таких мотивів у людей, а також у нелюдських мавп, геноми яких доступні на сьогодні."

В цілому, дослідники виявили, що багато мотивів не-B ДНК в людському геномі розташовані в супутниковій ДНК – повторюваних секціях некодуючої ДНК, які часто беруть участь в організації та стабільності хромосом. У геномах мавп мотиви не-B були нерівномірно розподілені.

Неканонічні форми ДНК можуть мати численні форми, включаючи згнуту ДНК, петлі, G-четвірки (G4s) та Z-ДНК.

Докази свідчать про те, що ці альтернативні форми – які, за оцінками, займають 13 відсотків людського геному – можуть мати численні ефекти в клітинах ссавців, впливаючи на реплікацію ДНК, захист хромосом, регуляцію транскрипції ДНК та процеси метилювання.

Хоча деякі докази свідчать про те, що не-B ДНК може мати позитивні ефекти, сприяючи еволюції геному, наприклад, також є дослідження, які вказують на те, що неконанічні форми ДНК можуть мати шкідливий потенціал.

"Структури не-B можуть перешкоджати реплікації та підвищувати мутагенез і нестабільність геному," пише команда, зазначаючи, що альтернативні форми, як вважається, сприяють ракам, нейродегенеративним захворюванням та генетичним розладам, таким як синдром Вернера.

З часом сподіваємося, що наше зростаюче знання про не-B ДНК та де вона виникає в людському геномі в кінцевому підсумку допоможе нам краще зрозуміти, як ці неконанічні форми можуть впливати на наше здоров'я.

"В останній час відбувся зсув у нашому розумінні функції геному, щоб виходити за межі послідовності та включати структуру," говорить Макова.

"Ми сподіваємося, що наше дослідження стане відправною точкою для додаткових досліджень функції цих нових структурних характеристик у геномі."

Знахідки опубліковані в Nucleic Acids Research.