ดีเอ็นเอรูปกากบาทเป็นรูปแบบหนึ่งของดีเอ็นเอที่ไม่ใช่แบบ Bหรือ โครงสร้าง ดีเอ็นเอ ทางเลือก การก่อตัวของดีเอ็นเอรูปกากบาทต้องอาศัยการมีอยู่ของพาลินโดรมที่เรียกว่าลำดับการทำซ้ำแบบกลับ ด้าน ^{[ 1 ]}การทำซ้ำแบบกลับด้านเหล่านี้ประกอบด้วยลำดับดีเอ็นเอในสายหนึ่งที่ทำซ้ำในทิศทางตรงกันข้ามบนสายอื่น ส่งผลให้การทำซ้ำแบบกลับด้านสามารถเสริมกันได้เองและสามารถก่อให้เกิดโครงสร้างต่างๆ เช่นแฮร์พิน และรูปกากบาท โครงสร้างดีเอ็นเอรูปกากบาทต้อง อาศัยลำดับการทำซ้ำแบบกลับด้านอย่างน้อยหกนิวคลีโอไทด์เพื่อสร้างโครงสร้างที่ประกอบด้วยลำต้น จุดแยกสาขา และห่วงในรูปทรงกากบาท ซึ่งมีความเสถียรโดยการขดตัวของดีเอ็นเอ เชิง ลบ^{[ 1 ] [ 2 ]}

มีการอธิบายโครงสร้าง DNA รูปกากบาทสองประเภท ได้แก่ แบบพับและแบบไม่พับ โครงสร้างรูปกากบาทแบบพับมีลักษณะเฉพาะคือการเกิดมุมแหลมระหว่างแขนที่อยู่ติดกันและสาย DNA หลัก โครงสร้างรูปกากบาทแบบไม่พับมีรูปทรงเรขาคณิตแบบระนาบสี่เหลี่ยมและสมมาตรแบบ 4 เท่า โดยที่แขนทั้งสองของรูปกากบาทตั้งฉากกัน^{[ 2 ]}มีการอธิบายกลไกสองแบบสำหรับการสร้าง DNA รูปกากบาท ได้แก่ แบบ C และแบบ S ^{[ 3 ]}การสร้างโครงสร้างรูปกากบาทใน DNA แบบเส้นตรงนั้นไม่เอื้ออำนวยทางอุณหพลศาสตร์เนื่องจากความเป็นไปได้ของการหลุดออกจากกันของเบสที่จุดเชื่อมต่อและบริเวณที่เปิดอยู่ที่ลูป^{[ 2 ]}

ดีเอ็นเอรูปกากบาทพบได้ทั้งในโปรคาริโอตและยูคาริโอตและมีบทบาทในการถอดรหัส ดีเอ็นเอ และการจำลองดีเอ็นเอการซ่อมแซมสายคู่การเคลื่อนย้ายดีเอ็นเอ และการรวมตัวใหม่นอกจากนี้ยังมีหน้าที่ในการควบคุมเอพิเจเนติกส์พร้อมกับผลกระทบทางชีวภาพ เช่น การขดตัวของดีเอ็นเอ การแตกของสายคู่ และเป็นเป้าหมายสำหรับโปรตีนที่จับกับโครงสร้างรูปกากบาท^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]}โครงสร้างรูปกากบาทสามารถเพิ่มความไม่เสถียรของจีโนมและเกี่ยวข้องกับการเกิดโรคต่างๆ เช่น มะเร็งและโรคเวอร์เนอร์^{[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]}

คำอธิบายเชิงทฤษฎีแรกเกี่ยวกับโครงสร้าง DNA ที่สร้างเป็นรูปกากบาทนั้นถูกตั้งสมมติฐานขึ้นในช่วงต้นทศวรรษ 1960 ^{[ 10 ]}อัลเฟรด เกียเรอร์ เป็นหนึ่งในนักวิทยาศาสตร์คนแรกที่เสนอปฏิสัมพันธ์ระหว่างโปรตีนและร่องของลำดับนิวคลีโอไทด์ DNA สองสายที่เฉพาะเจาะจง^{[ 11 ]}หากมีลำดับการทำซ้ำแบบกลับด้านอยู่ ก็คาดการณ์ได้ว่า DNA สองสายจะสร้างกิ่งก้านและห่วง^{[ 11 ]}มีการตั้งสมมติฐานว่าโปรตีนจะจับกับโครงสร้าง DNA ที่เป็นกิ่งก้านเหล่านี้และทำให้เกิดการควบคุมการแสดงออกของยีน^{[ 11 ]} การเชื่อมโยงการจับกันระหว่างโปรตีนและ DNA ที่สร้างกิ่งก้าน นั้นได้รับการเสนอแนะเนื่องจากโครงสร้างและหน้าที่ของtRNA ^{[ 11 ]}เนื่องจาก tRNA พับตัวเองเมื่อมีเบสที่จับคู่กัน มันจึงทำให้เกิดการสร้างกิ่งก้านและห่วงซึ่งเป็นส่วนประกอบสำคัญในการโต้ตอบกับโปรตีน ตั้งแต่ต้นทศวรรษ 1980 เป็นต้นมา ตำแหน่งการจดจำของ DNA ที่สร้างโครงสร้างแฮร์พินสำหรับโปรตีนในเซลล์หลายชนิดได้รับการระบุลักษณะเฉพาะ^{[ 10 ]}

กลไกการอัดรีดแบบกากบาทเกิดขึ้นจากการเปิด DNA สองสายเพื่อให้เกิดการจับคู่เบส ภายใน สาย^{[ 12 ]}กลไกการเปิดนี้แบ่งออกเป็นสองประเภท ได้แก่ ประเภท C และประเภท S การสร้างกากบาทแบบประเภท C มีลักษณะเด่นคือการเปิดเริ่มต้นขนาดใหญ่ใน DNA สองสาย การเปิดนี้มีนิวคลีโอ ไทด์ อะดีนีนและไท มีนหลายตัว ที่อยู่ห่างจากส่วนที่ซ้ำกันแบบกลับด้าน^{[ 3 ]}เมื่อส่วนที่คลายเกลียวมีขนาดใหญ่ขึ้น ทั้งสองด้านของส่วนที่ซ้ำกันแบบกลับด้านจะคลายเกลียวและเกิดการจับคู่เบสภายในสาย ซึ่งนำไปสู่การสร้างโครงสร้างแบบกากบาท การสร้างกากบาทแบบประเภท C ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิเนื่องจากมีเอนโทรปีและเอนทัลปีของการกระตุ้นสูงกว่าแบบประเภท S ^{[ 3 ]}แตกต่างจากแบบประเภท C การสร้างกากบาทแบบประเภท S ต้องใช้เกลือในการอัดรีด^{[ 3 ]}โดยเริ่มต้นด้วยสถานะที่คลายเกลียวขนาดเล็กประมาณสิบเบสคู่ที่ศูนย์กลางของส่วนที่ซ้ำกันแบบกลับด้าน^{[ 12 ]}เมื่อเกิดการจับคู่เบสภายในสาย จะเกิดโครงสร้างรูปกากบาทขึ้น ในโครงสร้างรูปกากบาทนี้ ลำต้นของโครงสร้างจะถูกสร้างขึ้นเพียงบางส่วนและไม่ได้ยื่นออกมาอย่างสมบูรณ์ ดังนั้น โครงสร้างรูปกากบาทจึงถือเป็นขั้นตอนกลางก่อนที่จะเกิดโครงสร้างรูปกากบาทขั้นสุดท้าย^{[ 3 ]}เมื่อสถานะที่คลายตัวมีขนาดใหญ่ขึ้น ลำต้นจะยืดออกผ่านกระบวนการที่เรียกว่าการเคลื่อนย้ายกิ่ง^{[ 13 ]}ในที่สุดก็จะเกิดเป็นโครงสร้างรูปกากบาทที่ยื่นออกมาอย่างสมบูรณ์

การก่อตัวของรูปกากบาทขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย รวมถึงอุณหภูมิ โซเดียม แมกนีเซียม และการมีอยู่ของ DNA ที่มีการขดตัวแบบลบ ดังที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ กลไกการดันออกของรูปกากบาทแบบ C ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ อย่างไรก็ตาม พบว่า 37 °C เป็นอุณหภูมิที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการก่อตัวของรูปกากบาท^{[ 14 ]}นอกจากนี้ การมีหรือไม่มีไอออนโซเดียมและแมกนีเซียมสามารถส่งผลต่อรูปร่างของรูปกากบาทที่เกิดขึ้นได้^{[ 14 ]}ที่ความเข้มข้นของไอออนโซเดียมสูงและไม่มีไอออนแมกนีเซียม จะเกิดโครงสร้างรูปกากบาทที่พับและกะทัดรัดขึ้น ในกรณีนี้ ก้านจะทำมุมแหลมกับสาย DNA หลักแทนที่จะทำมุม 90° ระหว่างกัน^{[ 13 ]}ที่ความเข้มข้นของไอออนโซเดียมต่ำและไม่มีไอออนแมกนีเซียม รูปกากบาทจะมีรูปร่างสมมาตรแบบระนาบสี่เหลี่ยมจัตุรัสโดยมีก้านยืดออกเต็มที่^{[ 13 ]}ในกรณีที่มีไอออนแมกนีเซียมแต่ไม่มีไอออนโซเดียม จะเกิดโครงสร้างแบบพับที่กะทัดรัด คล้ายกับโครงสร้างที่เกิดขึ้นที่ความเข้มข้นของโซเดียมสูง โครงสร้างที่เกิดขึ้นในที่นี้มีสมมาตร ซึ่งแตกต่างจากโครงสร้างแบบพับที่เกิดขึ้นที่ความเข้มข้นของไอออนโซเดียมสูง^{[ 13 ]}สุดท้าย การก่อตัวของ DNA รูปกากบาทนั้นไม่เอื้ออำนวยในเชิงจลนศาสตร์ เมื่อ DNA เผชิญกับความเครียดอย่างมาก จะเกิดโครงสร้างแบบขดตัวเชิงลบ โครงสร้างแบบขดตัวเชิงลบมีจำนวนรอบเกลียวน้อยกว่า DNA ที่ผ่อนคลาย เกลียว DNA แบบขดตัวเชิงลบจะมีความยืดหยุ่นเมื่อเกิดโครงสร้างรูปกากบาทและเกิดการจับคู่เบสภายในสาย ส่งผลให้การก่อตัวของโครงสร้างรูปกากบาทเอื้ออำนวยในเชิงอุณหพลศาสตร์เมื่อมีโดเมน DNA แบบขดตัวเชิงลบอยู่^{[ 13 ] [ 15 ]}

พบว่าโครงสร้างรูปกากบาทมีบทบาทในการควบคุมเอพิเจเนติกส์และผลกระทบทางชีววิทยาที่สำคัญอื่นๆ ผลกระทบทางชีววิทยาเหล่านี้มีตั้งแต่การส่งผลต่อการขดตัวของ DNA การทำให้เกิดการแตกของสายคู่ใน DNA โครโมโซม และการทำหน้าที่เป็นเป้าหมายให้โปรตีนจับกับ DNA ^{[ 10 ] [ 5 ] [ 6 ]}พบว่าโปรตีนที่จับกับโครงสร้างรูปกากบาทจำนวนมากมีปฏิสัมพันธ์กับโครงสร้าง DNA รูปกากบาทซึ่งทำหน้าที่เป็นสัญญาณการรับรู้และทำหน้าที่ที่เกี่ยวข้องกับปัจจัยการถอดรหัส การจำลองแบบ DNAและกิจกรรมของเอนโดนิวคลีเอส^{[ 10 ] [ 16 ]}โปรตีนที่จับกับโครงสร้างรูปกากบาทเหล่านี้จะจับกับฐานของโครงสร้างก้านห่วงใกล้กับจุดเชื่อมต่อสี่ทางที่สันนิษฐานไว้ในโครงสร้าง DNA รูปกากบาท^{[ 17 ]}

เป็นที่ทราบกันดีว่า โปรตีน ตระกูล 14-3-3มีปฏิสัมพันธ์กับลำดับการทำซ้ำแบบกลับด้านที่อาจก่อให้เกิด DNA รูปกากบาทในขณะที่ควบคุมการจำลองแบบของ DNA ในเซลล์ยูคาริโอติก^{[ 10 ] [ 18 ]} B - DNA สามารถสร้างโครงสร้างชั่วคราวของ DNA รูปกากบาทซึ่งทำหน้าที่เป็นสัญญาณการรับรู้ใกล้กับจุดเริ่มต้นของการจำลองแบบใน DNA ของเซลล์ยูคาริโอติกเหล่านี้^{[ 10 ]}พบว่าการเชื่อมโยงระหว่างโปรตีนตระกูล 14-3-3 และลำดับการทำซ้ำแบบกลับด้านนี้เกิดขึ้นในช่วงเริ่มต้นของระยะ Sของวงจรเซลล์^{[ 10 ]}ปฏิสัมพันธ์ระหว่างโปรตีน 14-3-3 และ DNA รูปกากบาทมีบทบาทในการยิงจุดเริ่มต้น ซึ่งจะกระตุ้น DNA เฮลิเคสให้เริ่มต้นกระบวนการจำลองแบบ DNA ^{[ 10 ] [ 19 ]}โปรตีน 14-3-3 จะแยกตัวออกหลังจากที่ช่วยในขั้นตอนเริ่มต้นของการจำลองแบบ DNA ^{[ 10 ] [ 20 ]}

ลำดับการทำซ้ำแบบกลับด้านที่บ่งชี้โครงสร้างรูปกากบาท พบว่าทำหน้าที่เป็นไซต์เป้าหมายที่เอนโดนิวคลีเอสสามารถตัดได้^{[ 21 ] [ 22 ]}เอนโดนิวคลีเอสจากสิ่งมีชีวิตSaccharomyces cerevisiaeชื่อ Mus81-Mms4 พบว่ามีปฏิสัมพันธ์กับโปรตีนที่ติดฉลาก Crp1 ซึ่งรู้จักโครงสร้างรูปกากบาทที่สันนิษฐานไว้^{[ 22 ]} Crp1 ถูกระบุแยกต่างหากว่าเป็นโปรตีนที่จับกับโครงสร้างรูปกากบาทในS. cerevisiaeเนื่องจากมีความสัมพันธ์สูงกับลำดับการทำซ้ำแบบกลับด้านสังเคราะห์ที่เป็นเป้าหมาย^{[ 21 ]}ยิ่งไปกว่านั้น ในการมีอยู่ของโปรตีน Crp1 กิจกรรมของเอนโดนิวคลีเอสของ Mus81-Mms4 จะเพิ่มขึ้น^{[ 22 ]}สิ่งนี้ชี้ให้เห็นว่าลำดับการทำซ้ำแบบกลับด้านอาจช่วยเพิ่มกิจกรรมของเอนโดนิวคลีเอสเช่น Mus81-Mms4 เมื่อจับกับ Crp1 ^{[ 22 ]}

เอนโดนิวคลีเอสเฉพาะ เช่น เอนโดนิวคลีเอส T7 และ S1 พบว่าสามารถจดจำและตัดลำดับการทำซ้ำแบบกลับหัวภายในพลาสมิด pVH51 และpBR322ได้^{[ 23 ]} ลำดับการทำซ้ำแบบกลับ หัวในพลาสมิดเหล่านี้แสดงรอยแตกบนสาย DNA ซึ่งนำไปสู่การทำให้พลาสมิดเป็นเส้น ตรง ^{[ 23 ]}นอกจากนี้ยังพบลำดับการทำซ้ำแบบกลับหัวใน pLAT75 ในร่างกาย^{[ 16 ]} pLAT75 ได้มาจาก pBR322 (พบในEscherichia coli )หลังจากที่ถูกทรานสเฟคด้วยcolE1ซึ่งเป็นลำดับการทำซ้ำแบบกลับหัว^{[ 16 ]}ในการมีอยู่ของเอนโดนิวคลีเอส T7 pLAT75 จะมีโครงสร้างเป็นเส้นตรงหลังจากถูกตัดที่ตำแหน่งลำดับ colE1 ^{[ 16 ]}

โครงสร้าง DNA รูปกากบาทมีความเสถียรผ่านการขดตัว และการก่อตัวของโครงสร้างเหล่านี้ช่วยบรรเทาความเครียดที่เกิดจากการขดตัวของ DNA โครงสร้างรูปกากบาทขัดขวางการจดจำโปรโมเตอร์tet ใน pX โดยRNA polymeraseโครงสร้างรูปกากบาทยังสามารถขัดขวางขั้นตอนในเส้นทางจลนศาสตร์ได้ ดังที่แสดงให้เห็นเมื่อไจเรสถูกยับยั้งโดยโนโวไบโอ ซิน โครงสร้างรูปกากบาทควบคุมการเริ่มต้นการถอดรหัส^{[ 4 ]}เช่น การยับยั้งการถอดรหัส pX การจำลองแบบ DNA สามารถถูกยับยั้งได้โดยโครงสร้างตติยภูมิของ DNA ที่มีรูปกากบาทซึ่งเกิดขึ้นระหว่างการรวมตัวใหม่^{[ 24 ]}ซึ่งสามารถศึกษาเพื่อช่วยในการรักษามะเร็ง การรวมตัวใหม่ยังพบได้ในHolliday junctionsซึ่งเป็นโครงสร้างรูปกากบาทชนิดหนึ่ง

ในพลาสมิดของแบคทีเรีย RuvAและRuvB ซ่อมแซมความเสียหายของ DNAและมีส่วนร่วมในกระบวนการรีคอมบิเนชันของ Holliday junction ^{[ 24 ]}โปรตีนเหล่านี้ยังรับผิดชอบในการควบคุมการเคลื่อนย้ายกิ่งก้านในระหว่างการเคลื่อนย้ายกิ่งก้าน คอมเพล็กซ์ RuvAB ช่วยเริ่มต้นการรีคอมบิเนชันเมื่อมันจับและคลาย Holliday junction เช่นเดียวกับ DNA helicase และเมื่อคอมเพล็กซ์ RuvAB/Holliday junction ถูกตัดออก เมื่อ RuvC จับกับมัน

อีกตัวอย่างหนึ่งของความสำคัญของโครงสร้างรูปกากบาทพบได้ในปฏิสัมพันธ์ระหว่างp53ซึ่งเป็นสารยับยั้งเนื้องอกและลำดับการสร้างรูปกากบาท การจับของ p53 สัมพันธ์กับลำดับการทำซ้ำแบบกลับด้าน เช่น ลำดับที่ช่วยสร้างโครงสร้าง DNA รูปกากบาท ภายใต้ความเครียดซูเปอร์เฮลิกซ์เชิงลบ p53 จะจับกับเป้าหมายที่สร้างรูปกากบาทได้ดีกว่าเนื่องจากสภาพแวดล้อมที่อุดมไปด้วย A/T ซึ่งมีลำดับการทำซ้ำแบบกลับด้านที่จำเป็นเหล่านี้^{[ 25 ]}

ดีเอ็นเอ ที่ไม่ใช่ B-DNA ที่มีความสามารถในการสร้างโครงสร้างกากบาทสูงมีความสัมพันธ์กับอัตราการกลายพันธุ์ที่สูงกว่าอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับ B-DNA ^{[ 26 ]}การกลายพันธุ์เหล่านี้รวมถึงการแทนที่และการแทรกเบสเดี่ยว แต่โครงสร้างกากบาทมักนำไปสู่การลบสารพันธุกรรม ในจีโนมของมนุษย์ โครงสร้างดีเอ็นเอรูปกากบาทมีอยู่ในความหนาแน่นที่สูงกว่าภายในและรอบๆบริเวณเปราะบางของโครโมโซมซึ่งเป็นส่วนของดีเอ็นเอที่ประสบกับความเครียดจากการจำลองแบบและมีแนวโน้มที่จะแตกหักได้ง่ายกว่า โครงสร้างกากบาทมีส่วนทำให้เกิดความไม่เสถียรการเคลื่อนย้ายและการลบที่พบได้ทั่วไปในบริเวณเปราะบางโดยการส่งเสริมการแตกหักของสายคู่^{[ 7 ] [ 27 ]}สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากดีเอ็นเอรูปกากบาทที่ไม่เหมาะสมเป็นเป้าหมายที่เป็นไปได้สำหรับการตัดสายคู่ของเอนโดนิวคลีเอส ซึ่งส่วนใหญ่มักอยู่ที่ปลายลูป^{[ 28 ]}การแตกหักของสายคู่ในดีเอ็นเอสามารถกระตุ้นการซ่อมแซมดีเอ็นเอที่ไม่ถูกต้อง การเคลื่อนย้ายโครโมโซม และในกรณีที่รุนแรง การเสื่อมสภาพของดีเอ็นเอ ซึ่งเป็นอันตรายถึงชีวิตต่อเซลล์ บ่อยครั้งที่ลำดับโครงสร้างรูปกากบาททั้งหมดถูกตัดออกโดยเอนไซม์ซ่อมแซมดีเอ็นเอโดยไม่ได้ตั้งใจและถูกย่อยสลาย ซึ่งอาจรบกวนการทำงานของเซลล์หากลำดับโครงสร้างรูปกากบาทนั้นอยู่ในยีน

นอกจากนี้ การก่อตัวของ DNA รูปกากบาทจะทำให้การจำลองและการถอดรหัสหยุดชะงักเมื่อสายแยกออกจากกัน ซึ่งอาจกระตุ้นให้เอนไซม์ซ่อมแซม DNA เพิ่มหรือลบเบสคู่ผิดพลาด^{[ 27 ] [ 28 ]}การหยุดชะงักของการจำลองและการถอดรหัสส่วนใหญ่มักนำไปสู่การลบส่วนของ DNA รูปกากบาทโดยเอนไซม์ซ่อมแซม คล้ายกับกลไกที่พบในบริเวณเปราะบางของโครโมโซม มีความเสี่ยงเพิ่มขึ้นสำหรับการชนกันของการจำลองและการถอดรหัสเนื่องจากการหยุดชะงักของรูปกากบาท ซึ่งส่งผลให้เกิดความไม่เสถียรของจีโนมมากขึ้น^{[ 28 ]}

ความไม่เสถียรของจีโนมที่สูงของลำดับดีเอ็นเอที่ก่อตัวเป็นรูปกากบาททำให้มีแนวโน้มที่จะเกิดการกลายพันธุ์และการลบ ซึ่งบางส่วนมีส่วนทำให้เกิดมะเร็ง โครงสร้างรูปกากบาทที่ไม่เหมาะสมมักพบได้บ่อยในเนื้อเยื่อที่มีการแบ่งตัวสูงและเซลล์ที่แบ่งตัวอย่างรวดเร็ว ดังนั้นจึงมีบทบาทในการเพิ่มจำนวนเซลล์อย่างไม่สามารถควบคุมได้ของการเกิดเนื้องอก^{[ 7 ]}มีกลไกของเซลล์หลายอย่างเพื่อป้องกันความผิดปกติทางจีโนมที่เกิดจากโครงสร้างรูปกากบาท แต่การหยุดชะงักของกระบวนการเหล่านี้อาจนำไปสู่มะเร็ง โปรตีนออนโคเจนของมนุษย์ เช่น DEK จะจับกับโครงสร้างรูปกากบาทในระหว่างการจำลองแบบและการถอดรหัสเพื่อป้องกันการแตกของสายคู่หรือการซ่อมแซมดีเอ็นเอที่ผิดพลาด^{[ 29 ]}การทำงานผิดปกติของโปรตีนออนโคเจน ดังที่สังเกตได้ในมะเร็งปอด มะเร็งเต้านม และมะเร็งอื่นๆ รวมถึงความผิดปกติของระบบภูมิคุ้มกัน นำไปสู่การก่อตัวของโครงสร้างดีเอ็นเอรูปกากบาทอย่างไม่สามารถควบคุมได้และการส่งเสริมการแตกของสายคู่ โปรตีนBRCA1ซึ่งเป็นโปรตีนยับยั้งเนื้องอกที่ทำหน้าที่ในการซ่อมแซม DNA จะจับกับโครงสร้างรูปกากบาทเป็นพิเศษ^{[ 30 ]}การกลายพันธุ์ในยีน BRCA1 หรือการขาดโปรตีน BRCA1 ที่ทำงานได้มีส่วนทำให้เกิดมะเร็งเต้านม มะเร็งรังไข่ และมะเร็งต่อมลูกหมาก การไม่ทำงานของp53ซึ่งเป็นโปรตีนยับยั้งเนื้องอกที่จับกับโครงสร้างรูปกากบาทเป็นพิเศษ เป็นสาเหตุของการเกิดเนื้องอกในมนุษย์มากกว่า 50% ^{[ 31 ]}โปรตีนIFI16ปรับการทำงานของ p53 และยับยั้งการแพร่กระจายของเซลล์ในเส้นทางการส่งสัญญาณ RAS/RAF IFI16 มีความสัมพันธ์ในการจับกับโครงสร้างรูปกากบาทสูง และการกลายพันธุ์ในยีน IFI16 มีความเชื่อมโยงกับมะเร็งคาโปซี^{[ 32 ]}

แม้ว่าโครงสร้าง DNA รูปกากบาทจะมีส่วนเกี่ยวข้องกับการพัฒนาของมะเร็ง แต่โครงสร้างที่เป็นเอกลักษณ์นี้ช่วยให้การขนส่งยาเคมีบำบัดเป็นไปอย่างน่าเชื่อถือ ปัจจุบัน DNA รูปกากบาทกำลังได้รับการวิจัยในฐานะกลไกที่มีศักยภาพในการรักษามะเร็ง และการส่งสารต้านมะเร็งไปยังเซลล์ที่ก่อให้เกิดเนื้องอกโดยใช้ส่วนของ DNA รูปกากบาทที่สร้างขึ้นเป็นพิเศษได้แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพในการลดขนาดของเนื้องอกในมะเร็งปอด มะเร็งเต้านม และมะเร็งลำไส้ใหญ่^{[ 33 ] [ 34 ]}

กลุ่มอาการเวอร์เนอร์เป็นความผิดปกติทางพันธุกรรมที่ทำให้เกิดการแก่ก่อนวัย ผู้ป่วยที่เป็นกลุ่มอาการเวอร์เนอร์ขาดโปรตีน WRN ที่ทำงานได้ ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของ ตระกูล RecQของ DNA helicase โดยเฉพาะอย่างยิ่ง โปรตีน WRN จะคลาย Holliday junction ซึ่งเป็นโครงสร้าง DNA รูปกากบาทบางส่วน เพื่อป้องกันการหยุดชะงักของการจำลอง DNA ^{[ 35 ] [ 8 ]}