На столе лежит горсть монет одного достоинства, но разной чеканки. Взвесив всю горсть целиком, вы узнаете лишь средний вес, но не историю каждой монеты. Примерно так же масс-спектрометрия с водородно-дейтериевым обменом (HDX/MS) долго смотрела на ДНК-квадруплексы — необычные структуры из четырёх цепей гуанина, которые складываются как стопка блинов с ионами калия между ними. В растворе они образуют смесь конформаций с одинаковой массой, и метод выдавал усреднённую кинетику обмена, словно все монеты одинаковы.
Авторы новой работы добавили третье измерение — ионную подвижность (IMS). Этот метод заставляет ионы пролетать через трубку, заполненную гелием, под действием электрического поля. Время полёта зависит от формы и заряда иона: компактный шар долетит быстрее, чем развёрнутая цепь, даже если их массы равны. Теперь каждая конформация получает свой «адрес» по времени дрейфа, и можно измерить скорость обмена для каждой по отдельности.
Для теломерной последовательности 23TAG, которая образует две гибридные конформации, удалось разделить их и измерить индивидуальные скорости. Оказалось, что одна форма (hybrid-2) разворачивается в три раза быстрее другой (hybrid-1): 1.76 против 0.57 в минуту. Это различие связано не с локальными колебаниями, а с разной скоростью полного раскрытия структуры, как если бы одна монета легче гнулась, чем другая.
Третий сценарий показал, что не все различия в форме важны: для мономорфного квадруплекса наблюдались два пика в распределении времени дрейфа, но скорости обмена для них были идентичны. Это значит, что различия возникли уже в газовой фазе, а не в растворе. Такой контроль помогает не принять артефакт за реальную биологию.
Теперь у исследователей есть инструмент, который сортирует молекулярные монеты не только по весу, но и по форме, и по скорости обмена. Это позволяет заглянуть в динамику каждой конформации ДНК, что важно для разработки лекарств, нацеленных на квадруплексы, и для проверки стабильности терапевтических олигонуклеотидов. Горсть монет наконец-то можно разобрать по одной.
Гуаниновые квадруплексы могут образовывать структуры, напоминающие стопку блинов: плоские тетрады гуанина укладываются друг на друга, а между ними, как начинка, сидят ионы калия.
Идея разделения молекул по форме в газовой фазе напоминает вымышленный «сортировщик» из рассказа Филипа Дика, где объекты классифицируются по неочевидным признакам. Только здесь вместо фантастического устройства — дрейфовая трубка с гелием.
Работа опубликована не на arXiv. Здесь её страница, PDF и формализация: проверить можно самим, а не только прочитать наш разбор.