Dubbelstrengs DNA moet zichzelf ontwarren in enkele strengen tijdens replicatie of reparatie om functionele moleculen te laten binden en hun verschillende bewerkingen uit te voeren. Cellulaire eiwitten binden specifiek aan enkelstrengs DNA om hun voortijdige recombinatie te voorkomen. Helaas, gedetailleerde studies van deze DNA-eiwit-interacties werden gehinderd door de noodzaak van dure instrumentatie en tijdrovende labelingstechnieken. Yen Nee Tan van het A*STAR Institute of Materials Research and Engineering en medewerkers hebben nu een handige methode ontwikkeld om de interacties tussen enkelstrengs DNA en hun bindende eiwitten te karakteriseren.

De onderzoekers gebruikten de optische eigenschappen van gouden nanodeeltjes om het mechanisme van eiwit-DNA-binding te onderzoeken. Wanneer de nanodeeltjes goed in oplossing waren gedispergeerd, ze leverden een felrode kleur op, maar bij het optellen, de oplossing veranderde in blauw. Tan en collega's ontdekten dat wanneer enkelstrengs DNA en het bindende eiwit ervan beide in de oplossing aanwezig waren, in combinatie met een zout dat de aggregatie van nanodeeltjes stimuleert, het DNA bleef rood van kleur, wat aangeeft dat de DNA-eiwitcomplexen zich aan de nanodeeltjes hadden gebonden door elektrosterische stabilisatiekrachten. In tegenstelling tot, wanneer het eiwit of enkelstrengs DNA alleen in de zoutoplossing werd geïntroduceerd, er was een grotere verschuiving naar de blauwgrijze kleur, wat wijst op aggregatie van nanodeeltjes (zie afbeelding).

"De grootste uitdaging in dit werk was om de optimale omstandigheden te bepalen voor enkelstrengs DNA om te binden met zijn bindende eiwit om complexen te vormen die de hoogste stabiliteit verlenen aan gouden nanodeeltjes van door zout geïnduceerde aggregatie, ' zegt Tan.

De onderzoekers schrijven binding van de nanodeeltjes en de DNA-eiwitcomplexen toe aan de aanwezigheid van zwavelhoudende groepen in het eiwit, waarvan bekend is dat ze sterke banden met goud creëren. De eiwitmoleculen alleen zijn kleiner in moleculaire grootte dan de eiwit-DNA-complexen, wat leidt tot een minder effectieve sterische stabilisatie van de nanodeeltjes.

Tan en collega's toonden aan dat er een minimale lengte van de DNA-sequentie was waaronder het bindingseiwit-DNA-adhesiemechanisme zou kunnen werken. Ze ontdekten dat het bindende eiwit een voorkeur had voor binding aan specifieke chemische eenheden (basen) waaruit DNA bestaat, en waren in staat om variaties in de DNA-sequentie te herkennen, zogenaamde single nucleotide polymorphisms (SNP's), zelfs aan de uiterste uiteinden van het molecuul die moeilijk te identificeren zijn. Dubbelstrengs DNA met SNP's kan niet zo nauw aan elkaar binden. Het bindende eiwit kan zich dus hechten aan het gedissocieerde enkelstrengs DNA om eiwit-DNA-complexen te vormen, het aanbieden van sites waaraan gouden nanodeeltjes kunnen hechten.

"We zijn van plan deze test verder te ontwikkelen tot een probleemloze genotyperingstest om SNP's te detecteren in echte biologische monsters die lang genomisch DNA bevatten, ’ zegt Tan.