ดีเอ็นเอแบบสามสาย (หรือที่รู้จักกันในชื่อH-DNAหรือTriplex-DNA ) คือโครงสร้างดีเอ็นเอที่โอลิโกนิวคลีโอไทด์ สามตัว พันรอบกันและก่อตัวเป็นเกลียวสามชั้นในดีเอ็นเอแบบสามสาย สายที่สามจะจับกับดีเอ็นเอแบบ B-form (ผ่านการจับคู่เบสแบบวัตสัน-คริก ) ซึ่งเป็นเกลียวคู่ โดยการสร้างคู่เบสแบบฮูกสทีนหรือพันธะไฮโดรเจนแบบฮูกสทีนกลับด้าน

ตัวอย่างของ DNA สามสายจากแหล่งธรรมชาติที่มีองค์ประกอบเบสและองค์ประกอบโครงสร้างที่จำเป็นได้รับการอธิบายไว้แล้ว เช่น ในDNA ดาวเทียม^{[ 1 ]}

การจับคู่เบสสามตัวที่เสถียรที่สุดในดีเอ็นเอสามสาย Rx-Ry: การจับคู่เบสแบบวัตสันและคริก Ry-Rz: การจับคู่เบสแบบฮูเกสทีน

นิวคลีโอเบสไทมีน (T) สามารถจับกับเบสคู่ Watson–Crickของ TA ได้โดยการสร้างพันธะไฮโดรเจนแบบ Hoogsteenพันธะไฮโดรเจนของไทมีนจะจับกับอะดีโนซีน (A) ของ DNA สองสายเดิมเพื่อสร้างเบสสามตัว TA*T ^{[ 2 ]}

^{[ 3 ]}

ดีเอ็นเอแบบไตรเพล็กซ์มีสองประเภท ได้แก่ การก่อตัวแบบระหว่างโมเลกุลและการก่อตัวแบบภายในโมเลกุล ไตรเพล็กซ์แบบระหว่างโมเลกุลหมายถึงการก่อตัวของไตรเพล็กซ์ระหว่างดีเอ็นเอแบบคู่และสายดีเอ็นเอที่แตกต่างกัน (สายที่สาม) สายที่สามอาจมาจากโครโมโซมข้างเคียงหรือโอลิโกนิวคลีโอไทด์ที่สร้างไตรเพล็กซ์ (TFO) ดีเอ็นเอแบบไตรเพล็กซ์ภายในโมเลกุลเกิดจากดีเอ็นเอแบบคู่ที่มี สาย โฮโมพิวรีนและ โฮโมไพริมิดี นที่มีสมมาตรแบบสะท้อน^{[ 4 ]}ระดับการขดตัวของดีเอ็นเอมีอิทธิพลต่อปริมาณการก่อตัวของไตรเพล็กซ์ภายในโมเลกุลที่เกิดขึ้น^{[ 5 ]} ดีเอ็นเอแบบไตรเพล็กซ์ภายในโมเลกุลมีสองประเภทที่แตกต่างกัน ได้แก่ H-DNA และ H*-DNA การก่อตัวของ H-DNA มีเสถียรภาพภายใต้สภาวะที่เป็นกรดและในที่ที่มี ไอออนบวก สองวาเลนซ์เช่น Mg ²⁺ในโครงสร้างนี้ สายโฮโมไพริมิดีนในดีเอ็นเอแบบคู่จะโค้งกลับไปจับกับสายพิวรีนในลักษณะขนาน เบสไตรแอดที่ใช้ในการทำให้โครงสร้างนี้เสถียรคือ TA*T และ CG*A ⁺ ไซ โตซีนของเบสไตรแอดนี้จำเป็นต้องถูกโปรตอนเพื่อสร้างเกลียวสามชั้นภายในโมเลกุล ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมโครงสร้างนี้จึงเสถียรภายใต้สภาวะที่เป็นกรด^{[ 6 ]} H*-DNA มีสภาวะการก่อตัวที่เหมาะสมที่ pH เป็นกลางและในที่ที่มีไอออนบวกสองวาเลนซ์^{[ 5 ]}โครงสร้างภายในโมเลกุลนี้เกิดขึ้นจากการจับกันของสายโฮโมพิวรีนและสายพิวรีนของดูเพล็กซ์ในลักษณะขนานกัน มันเสถียรโดยเบสไตรเพล็ต TA*A และ CG*G ^{[ 4 ] [ 6 ]}

TFOs เป็นสายกรดนิวคลีอิกสั้น (≈15-25 นิวคลีโอไทด์) ที่จับกับร่องหลักของ DNA สองสายเพื่อสร้างโครงสร้าง DNA ไตรเพล็กซ์ภายในโมเลกุล มีหลักฐานบางอย่างที่แสดงว่าพวกมันยังสามารถปรับเปลี่ยนกิจกรรมของยีนในร่างกาย ได้อีกด้วย ในกรดนิวคลีอิกเปปไทด์ (PNA) โครงสร้างน้ำตาล-ฟอสเฟตของ DNA จะถูกแทนที่ด้วยโครงสร้างคล้ายโปรตีน PNA จะสร้าง P-loop ขณะที่โต้ตอบกับ DNA สองสาย โดยสร้างไตรเพล็กซ์กับ DNA สายหนึ่งในขณะที่แทนที่อีกสายหนึ่ง การรวมตัวใหม่ที่ผิดปกติมากหรือไตรเพล็กซ์แบบขนาน หรือ R-DNA ได้รับการสันนิษฐานว่าเกิดขึ้นภายใต้โปรตีน RecA ในระหว่างการรวมตัวใหม่แบบโฮโมโลจัส^{[ 7 ]}

TFOs จับกับบริเวณโฮโมพิวรีน-โฮโมไพริมิดีนโดยเฉพาะ ซึ่งมักพบได้ทั่วไปในลำดับโปรโมเตอร์และอินทรอนของยีน ส่งผลต่อการส่งสัญญาณของเซลล์[ ^{8 ] TFOs}สามารถยับยั้งการถอดรหัสโดยการจับกับเกลียว DNA ด้วยความจำเพาะสูง จึงปิดกั้นการจับและการทำงานของปัจจัยการถอดรหัสสำหรับลำดับเฉพาะ การนำ TFOs เข้าสู่เซลล์ (ผ่านการถ่ายทอดหรือวิธีการอื่น ๆ) สามารถควบคุมการแสดงออกของยีนบางชนิดได้^{[ 9 ]}การประยุกต์ใช้นี้มีนัยสำคัญใหม่ในการกลายพันธุ์เฉพาะที่และการบำบัดด้วยยีนในเซลล์มะเร็งต่อมลูกหมากของมนุษย์ ปัจจัยการถอดรหัส Ets2 มีการแสดงออกมากเกินไปและคิดว่าเป็นตัวขับเคลื่อนการเจริญเติบโตและการอยู่รอดของเซลล์ที่มากเกินไปดังกล่าว Carbone และคณะได้ออกแบบ TFO ที่จำเพาะต่อลำดับโปรโมเตอร์ของ Ets2 ซึ่งลดการแสดงออกของยีนและนำไปสู่การชะลอการเจริญเติบโตของเซลล์และการตายของเซลล์^{[ 10 ]} Changxian และคณะ นอกจากนี้ยังได้นำเสนอ TFO ที่กำหนดเป้าหมายลำดับโปรโมเตอร์ของ bcl-2 ซึ่งเป็นยีนที่ยับยั้งอะพอพโทซิส^{[ 11 ]}

การยับยั้งการถอดรหัสที่สังเกตได้อาจส่งผลเสียต่อสุขภาพ เช่น บทบาทของมันในยีนด้อยแบบออโตโซมสำหรับโรคFriedreich's Ataxia [ ^{12 ] ใน} โรค Friedreich's Ataxia การก่อตัวของ DNA แบบไตรเพล็กซ์ทำให้การแสดงออกของอินทรอน 1 ของยีน FXN ลดลง ส่งผลให้ระบบประสาทและไขสันหลังเสื่อมลง ทำให้การเคลื่อนไหวของแขนขาบกพร่อง^{[ 13 ]}เพื่อต่อสู้กับความไม่เสถียรของไตรเพล็กซ์นี้ โปรตีนซ่อมแซมการตัดนิวคลีโอไทด์ (NERs) ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าสามารถจดจำและซ่อมแซมโครงสร้าง DNA แบบสามสาย ทำให้ยีนที่ถูกยับยั้งและไม่เสถียรก่อนหน้านี้กลับมาใช้งานได้อย่างเต็มที่^{[ 14 ]}

กรด นิวคลีอิกเปป ไทด์ เป็นโอลิโกนิวคลีโอไทด์สังเคราะห์ที่ทนต่อการย่อยสลายของโปรตีเอสและใช้เพื่อกระตุ้นการซ่อมแซมในบริเวณการสร้างไตรเพล็กซ์เฉพาะจุดบนไซต์จีโนม DNA PNA สามารถจับกับลำดับ DNA ที่เสริมกันด้วยความสัมพันธ์สูงและความจำเพาะของลำดับผ่านการจับคู่เบสแบบวัตสัน-คริก และสามารถสร้างเกลียวสามชั้นผ่าน พันธะ Hoogsteen แบบขนาน โดยที่ PNA หันไปทางปลาย 5' ของสาย DNA ^{[ 15 ]}ไตรเพล็กซ์ PNA-DNA มีความเสถียรเนื่องจาก PNA ประกอบด้วยโครงสร้างหลักของเพปไทด์เทียมที่มีประจุเป็นกลางซึ่งจับกับลำดับ DNA สองสาย (dsDNA) ^{[ 16 ]}เช่นเดียวกับโฮโมไพริมิดีนใน TFO โฮโมไพริมิดีนใน PNA สามารถสร้างพันธะกับโฮโมพิวรีนที่เสริมกันในลำดับเป้าหมายของ dsDNA อะนาล็อก DNA เหล่านี้สามารถจับกับ dsDNA โดยใช้ประโยชน์จากสภาวะแวดล้อมของ DNA และโหมดการทำนายการรับรู้ที่แตกต่างกัน สิ่งนี้แตกต่างจาก TFOs ซึ่งจับผ่าน การจดจำ ร่องหลักของ dsDNA ^{[ 15 ]}

หนึ่งในโหมดการทำนายการรับรู้ที่ใช้สำหรับการรับรู้คือการบุกรุกแบบคู่^{[ 17 ] [ 16 ]}ภายในลำดับ dsDNA แบบผสม A–T/G–C จะถูกกำหนดเป้าหมายโดยคู่ของ PNA ที่เสมือนเสริม (pc) ซึ่งสามารถจับกับ dsDNA ผ่านการบุกรุกแบบคู่โดยการสร้างไดอะมิโนพิวรีน (D) และไทโอราซิล (U ^s ) พร้อมกัน ซึ่งแทนที่อะดีนีนและไทมีนตามลำดับ^{[ 17 ]}คู่ pc PNA จะสร้างเกลียว PNA-DNA แบบ Watson-Crick ที่มี DT และ U ^s -A และ GC หรือ CG กับสาย DNA ที่เสริมกันแต่ละสาย รูปแบบอื่นของการบุกรุกแบบคู่ที่รับรู้ได้ที่ลำดับเป้าหมายสามารถเกิดขึ้นได้ใน dsDNA ที่มีลำดับ T–C แบบผสม^{[ 18 ]}รูปแบบของการบุกรุกแบบคู่นี้เกิดขึ้นได้ผ่านลำดับที่เสริมกันของโอลิโกเมอร์ PNA โฮโมพิวรีน ไตรเพล็กซ์นี้เกิดขึ้นจากไฮบริด PNA-DNA ที่จับกับลำดับ DNA เสริมแบบแอนตี้พาราเลลและส่งผลให้เกิดสาย DNA ที่ไม่เสริมกันที่ถูกแทนที่^{[ 16 ]}

นอกจากนี้ PNA ยังสามารถดัดแปลงเพื่อสร้างโครงสร้างไตรเพล็กซ์แบบ "แคลมป์" ที่ไซต์เป้าหมายได้^{[ 17 ]}แคลมป์ประเภทหนึ่งที่เกิดขึ้นคือโครงสร้างบิส-PNA ซึ่งโมเลกุล PNA สองโมเลกุลถูกยึดเข้าด้วยกันโดยตัวเชื่อมที่ยืดหยุ่น เช่น กรด 8-อะมิโน-3,6-ไดออกซาออกทาโนอิก (O) ^{[ 19 ]}โครงสร้างบิส-PNA จะสร้างไตรเพล็กซ์ PNA-DNA-PNA ที่ไซต์เป้าหมาย โดยสายหนึ่งจะสร้างคู่เบสแบบวัตสัน-คริกกับ DNA ในทิศทางตรงข้าม และอีกสายหนึ่งจะสร้างคู่เบสแบบฮูกสตีนกับสาย DNA โฮโมพิวรีนในคู่ DNA-PNA ^{[ 18 ]}แคลมป์หาง PNA (tcPNA) ก็เป็นอีกรูปแบบหนึ่งของแคลมป์ไตรเพล็กซ์ที่สามารถเกิดขึ้นได้เช่นกัน tcPNA มีหางที่ยื่นออกมา 5-10 bp ซึ่งสร้างคู่ PNA/DNA นอกเหนือจาก "แคลมป์" PNA-DNA-PNA สิ่งนี้ช่วยให้สามารถจับกับ PNA ได้อย่างเฉพาะเจาะจงมากขึ้นโดยไม่จำเป็นต้องมีการยืดของโฮโมไพริมิดีน/ไพริดีน^{[ 16 ]}โครงสร้างแคลมป์เหล่านี้ได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีความสัมพันธ์และความจำเพาะสูง การเพิ่มสารตกค้างไลซีนที่ปลายด้านใดด้านหนึ่งหรือทั้งสองด้านของ PNA สามารถใช้เพื่อเพิ่มการดูดซึมและการจับกับเซลล์ได้^{[ 17 ]}

ดีเอ็นเอแบบสามสายมีส่วนเกี่ยวข้องกับการควบคุมยีนหลายตัว ตัวอย่างเช่น ยีน c- mycได้รับการกลายพันธุ์อย่างกว้างขวางเพื่อตรวจสอบบทบาทของดีเอ็นเอแบบสามสายเมื่อเทียบกับลำดับเชิงเส้นในการควบคุมยีน องค์ประกอบโปรโมเตอร์ของ c- mycซึ่งเรียกว่าองค์ประกอบที่ไวต่อเอนไซม์นิวคลีเอสหรือ NSE สามารถสร้างไตรเพล็กซ์ภายในโมเลกุลแบบ H-DNA และมีลำดับโมทีฟซ้ำ (ACCCTCCCC) ₄ NSE ที่กลายพันธุ์ได้รับการตรวจสอบกิจกรรมการถอดรหัสและความสามารถในการสร้างไตรเพล็กซ์ภายในและระหว่างโมเลกุล กิจกรรมการถอดรหัสของ NSE ที่กลายพันธุ์สามารถทำนายได้จากความสามารถขององค์ประกอบในการสร้าง H-DNA ไม่ใช่จากจำนวนการทำซ้ำ ตำแหน่ง หรือจำนวนคู่เบสที่กลายพันธุ์ ดังนั้นดีเอ็นเออาจเป็นผู้มีส่วนร่วมแบบไดนามิกในการถอดรหัสของยีน c-myc ^{[ 20 ]}

จากบทความที่ตีพิมพ์หลายฉบับ H-DNA มีความสามารถในการควบคุมการแสดงออกของยีนโดยขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ เช่น ตำแหน่งและลำดับที่อยู่ใกล้เคียงกัน แม้ว่าบริเวณระหว่างยีนของจีโนมโปรคาริโอตจะแสดงร่องรอยของ H-DNA หรือโมทีฟไตรเพล็กซ์ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติในปริมาณน้อย แต่โครงสร้าง H-DNA กลับพบได้แพร่หลายมากกว่าในจีโนมยูคาริโอต H-DNA พบว่ามีปริมาณมากเป็นพิเศษในเซลล์สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมรวมถึงมนุษย์ (1 ในทุกๆ 50,000 bp) ^{[ 15 ]} ลำดับทางพันธุกรรมที่เกี่ยวข้องกับการควบคุมยีนมักพบในบริเวณโปรโมเตอร์ของจีโนมยูคาริโอต^{[ 15 ]}

ดังนั้น บริเวณโปรโมเตอร์จึงแสดงความสามารถในการสร้าง H-DNA ด้วยความถี่ที่สูงขึ้น^{[ 15 ]}การวิเคราะห์ทางชีวสารสนเทศของ จีโนม S. cerevisiaeพบว่ามีการเกิด H-DNA และโมทีฟ DNA แบบสามแผ่นอื่นๆ ในสี่บริเวณโครงสร้าง ได้แก่ อินทรอน เอ็กซอน บริเวณโปรโมเตอร์ และบริเวณอื่นๆ การวิเคราะห์ทางชีวสารสนเทศแสดงให้เห็นโครงสร้าง H-DNA หรือ DNA แบบสามแผ่นที่เป็นไปได้ทั้งหมด 148 โครงสร้าง บริเวณโปรโมเตอร์มีความถี่สูงที่สุด โดยมีโครงสร้างแบบสามแผ่น 71 โครงสร้าง ในขณะที่เอ็กซอนมีโครงสร้างแบบสามแผ่น 57 โครงสร้าง และอินทรอนและบริเวณอื่นๆ มี 2 และ 18 โครงสร้าง ตามลำดับ^{[ 21 ]}

การศึกษาการแสดงออกของจีโนมยูคาริโอตในหลอดทดลองและในร่างกายส่งผลให้เกิดผลลัพธ์อย่างใดอย่างหนึ่งในสามประการ ได้แก่ การควบคุมการแสดงออกเพิ่มขึ้น การควบคุมการแสดงออกลดลง หรือไม่มีการเปลี่ยนแปลงเมื่อมีโมทีฟ H-DNA อยู่^{[ 15 ]} Kato และคณะรายงานการแสดงออกของlacZ เพิ่มขึ้น เมื่อมีการนำ H-DNA เข้าสู่โปรโมเตอร์B-lactamase ^{[ 22 ] [ 15 ]}ในทางกลับกัน การศึกษาที่คล้ายกัน (Brachmachari และคณะ ) รายงานว่าไม่มีการยับยั้ง ยีนรายงาน lacZ อย่างมีนัยสำคัญทางสถิติ เมื่อมีการแทรก H-DNA เข้าไปในจีโนมของเซลล์ COS ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม^{[ 15 ]}แม้ว่าการศึกษาจะชี้ให้เห็นถึงการควบคุมของ H-DNA แต่กลไกยังคงอยู่ภายใต้การตรวจสอบ Potaman และคณะเชื่อมโยงกลไกการควบคุมยีนกับปฏิสัมพันธ์ระหว่าง H-DNA และกล่อง TATA ที่พบในบริเวณโปรโมเตอร์ของNa,K- ATPase ในการก่อตัวของ H-DNA ที่อยู่ติดกับกล่อง TATA โครงสร้าง H-DNA จะทำให้พันธะ TA ซึ่งจำเป็นต่อการถอดรหัสไม่เสถียร การรบกวนกล่อง TATA จะยับยั้งกลไกการถอดรหัสและการเริ่มต้นการถอดรหัส ซึ่งรบกวนการแสดงออกของยีน^{[ 15 ] [ 23 ]}กลไกอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับการแสดงออกของลำดับทางพันธุกรรมในจีโนมเมื่อมี H-DNA เกี่ยวข้องกับ TFOs การศึกษาในหลอดทดลองได้เน้นให้เห็นถึงการลดลงของการแสดงออกของยีนเมื่อมี TFOs ในเซลล์สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม^{[ 24 ]}กลไกที่เป็นไปได้อีกประการหนึ่งที่นำเสนอโดย Valentina et al. ชี้ให้เห็นว่าคอมเพล็กซ์ไตรเพล็กซ์โอลิโกนิวคลีโอไทด์โมทีฟ AG 13 เมอร์ (คอมเพล็กซ์ TFO) จะลดการถอดรหัสของ mRNA ผ่านการยับยั้งแบบแข่งขัน^{[ 25 ]}การยับยั้งการแสดงออกของยีนโดยตรงจาก H-DNA เป็นกุญแจสำคัญในการกลายพันธุ์ การยับยั้งการจำลองแบบ และแม้กระทั่งการรวมตัวใหม่ของ DNA ในจีโนม^{[ 15 ]}

พบว่าโมทีฟ H-DNA กระตุ้นการรวมตัวกันของโฮโมโลจัสด้วยกลไกที่แตกต่างกัน นัยสำคัญเบื้องต้นของบทบาทของ H-DNA ในการรวมตัวกันเกิดขึ้นในช่วงต้นทศวรรษ 1990 เมื่อสังเกตRecA ซึ่งเป็นโปรตีนการรวมตัวของ DNA ในแบคทีเรียที่ประกอบด้วย DNA แบบเกลียวสามชั้น RecA แสดงกิจกรรมเอนไซม์ที่จำเป็นสำหรับการรวมตัวกัน^{[ 7 ] [ 26 ]} การรวมตัวกันของโฮโมโลจัสที่เกี่ยวข้องกับโมทีฟ H-DNA ยังพบในยูคาริโอตด้วย RadA ซึ่งเป็นโปรตีนโฮโมโลจัสกับ RecA แสดงให้เห็นว่ามีกิจกรรมเอนไซม์ในการรวมตัวกันเช่นเดียวกับ RecA ^{[ 27 ]}โปรตีนนี้มีความสามารถในการส่งเสริมและแลกเปลี่ยนสายโฮโมโลจัสผ่านเกลียวสามชั้นแบบขนาน^{[ 28 ] [ 29 ]} DNA สายเดี่ยว (ssDNA) และ DNA สายคู่เสริม (dsDNA) จะสร้างโครงสร้าง D-loop ^{[ 30 ] [ 15 ]}กลไกที่เป็นไปได้อีกอย่างหนึ่งสำหรับ RecA เกี่ยวข้องกับ ssDNA จากโครงสร้าง H-DNA สองโครงสร้างที่แยกจากกันเพื่อสร้างคู่เบส Watson-Crick โครงสร้างใหม่นี้เรียกว่า Holliday junction ซึ่งเป็นตัวกลางในการรวมตัวแบบโฮโมโลกัส^{[ 15 ]} H-DNA ยังพบได้ในรูปแบบอื่นของการรวมตัว ในเซลล์ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ลำดับ H-DNA แสดงความถี่ของการรวมตัวสูง ตัวอย่างเช่น การศึกษาที่ดำเนินการกับเซลล์มะเร็งไขกระดูกของหนูพบโครงสร้าง H-DNA ใน Cγ2a และ Cγ2b ซึ่งมีส่วนร่วมในการแลกเปลี่ยนโครมาทิดพี่น้อง^{[ 15 ]}

งานวิจัยจำนวนมากได้มุ่งเน้นไปที่ผลกระทบทางชีววิทยาที่เกี่ยวข้องกับการมีอยู่ของ H-DNA ในบริเวณจุดแตกหักหลัก (Mbr) และจุดแตกหักแบบสองสายของยีนบางชนิด งานวิจัยล่าสุดได้เชื่อมโยงการมีอยู่ของโครงสร้างที่ไม่ใช่ B-DNA กับกรณีของความไม่เสถียรทางพันธุกรรม^{[ 31 ]}

พบลำดับการสร้าง H-DNA แบบสะท้อนโพลีพิวรีนอยู่ใกล้กับโปรโมเตอร์ P1 ของ ยีน c-MYCและเกี่ยวข้องกับฮอตสปอตจุดแตกหักหลักของบริเวณนี้ นอกจากนี้ยังพบกรณีความไม่เสถียรทางพันธุกรรมในลูกหลาน F1 ของหนูทรานสเจนิกหลังจากรวมลำดับการสร้าง H-DNA ของมนุษย์ที่จับคู่กับ ลำดับ Z-DNAเข้าไปในจีโนมของพวกมัน ซึ่งก่อนหน้านี้ไม่มีรายงานความไม่เสถียร^{[ 32 ]}นอกจากนี้ ยังพบการก่อตัวของโครงสร้างR. RY H-DNA ที่ Mbr ของ ยีน bcl-2การก่อตัวของโครงสร้างเหล่านี้ถูกสันนิษฐานว่าเป็นสาเหตุของการย้ายตำแหน่ง t(14;18) ที่พบในมะเร็งหลายชนิดและมะเร็งต่อมน้ำเหลืองชนิดฟอลลิคูลาร์ ส่วนใหญ่ การสังเกตนี้ทำให้เกิดการวิจัยที่ระบุว่าสามารถสังเกตเห็นการลดลงอย่างมากของเหตุการณ์การย้ายตำแหน่งได้หลังจากปิดกั้นการก่อตัวของ H-DNA โดยการเปลี่ยนแปลงลำดับของบริเวณนี้เล็กน้อย^{[ 32 ] [ 33 ]}พบว่าสายยาวของ GAA·TTC ก่อตัวเป็นโครงสร้าง H-DNA ที่เสถียรมาก ปฏิสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้าง H-DNA ทั้งสองนี้ ซึ่งเรียกว่า DNA เหนียว ได้แสดงให้เห็นว่าขัดขวางการถอดรหัสของยีนX25หรือ ยีน ฟราแท็กซิน เนื่องจากระดับโปรตีนฟราแท็กซินที่ลดลงมีความเกี่ยวข้องกับโรค Friedreich's ataxiaจึงมีการเสนอว่าการก่อตัวของความไม่เสถียรนี้เป็นพื้นฐานของโรคทางพันธุกรรมนี้^{[ 34 ] [ 35 ]} พบ DNA สามสายในDNA ดาวเทียม แบบขดตัว ในบริเวณที่จำนวนสำเนาไมโครแซทเทลไลต์มีความแปรปรวนสูง พร้อมกับโครงสร้าง Z-DNA แบบกลับด้านภายในหน่วยซ้ำของ DNA ดาวเทียมขนาดใหญ่ 2.1kb ^{[ 36 ]}

นอกจากนี้ ยังพบว่า H-DNA ก่อให้เกิดการกลายพันธุ์ที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการสำคัญของเซลล์ เช่นการจำลองแบบ DNAและการถอดรหัส [ ^{37 ] ความ}สำคัญของกระบวนการเหล่านี้ต่อการอยู่รอดได้นำไปสู่การพัฒนา กลไก การซ่อมแซม DNA ที่ซับซ้อน ซึ่งช่วยให้เซลล์สามารถรับรู้และแก้ไขความเสียหายของ DNA ได้ โครงสร้าง DNA ที่ไม่เป็นไปตามแบบแผนอาจถูกมองว่าเป็นความเสียหายโดยเซลล์ และงานวิจัยล่าสุดแสดงให้เห็นถึงความชุกของการกลายพันธุ์ที่เพิ่มขึ้นใกล้กับลำดับที่ไม่ก่อให้เกิด B-DNA ^{[ 37 ]}การกลายพันธุ์บางส่วนเหล่านี้เกิดจากปฏิสัมพันธ์ระหว่าง H-DNA กับเอนไซม์ที่เกี่ยวข้องกับการจำลองแบบ DNA และการถอดรหัส โดยที่ H-DNA เข้าไปรบกวนกระบวนการเหล่านี้และกระตุ้นกลไกการซ่อมแซม DNA ต่างๆ ซึ่งอาจทำให้เกิดความไม่เสถียรทางพันธุกรรมและบ่งชี้ว่า H-DNA มีส่วนเกี่ยวข้องกับการก่อตัวของมะเร็ง^{[ 37 ]}

การจำลองดีเอ็นเอได้รับการแสดงให้เห็นว่ามีผลต่อการทำงานของเอนไซม์ซ่อมแซมดีเอ็นเอหลายชนิด การสร้าง H-DNA เกี่ยวข้องกับการสร้างดีเอ็นเอสายเดี่ยว (ssDNA) ซึ่งไวต่อการโจมตีของนิวคลีเอสมากกว่า^{[ 37 ]}นิวคลีเอสหลายชนิดได้รับการแสดงให้เห็นว่ามีปฏิสัมพันธ์กับ H-DNA ในลักษณะที่ขึ้นอยู่กับการจำลองหรือไม่ขึ้นอยู่กับการจำลอง^{[ 37 ]}

การศึกษาโดยใช้เซลล์มนุษย์พบว่า นิวคลี โอไทด์เอ็กซิชั่นรีแพร์ (NER) นิวคลีเอส ERCC1-XPF และ ERCC1-XPG ทำให้เกิดความไม่เสถียรทางพันธุกรรม^{[ 38 ]}เอนไซม์เหล่านี้จะตัด H-DNA ที่ลูปที่เกิดจากสายที่เชื่อมต่อด้วยพันธะไฮโดรเจนแบบ Hoogsteen สองสาย และปลาย 5' ของสายที่เชื่อมต่อด้วยพันธะไฮโดรเจนแบบ Watson-Crick อีกสายหนึ่ง ตามลำดับ^{[ 38 ]}การตัดนี้แสดงให้เห็นว่าทำให้เกิดการลบ ขนาดใหญ่ ที่ทำให้เกิดการแตกของสายคู่ (DSBs) ใน DNA ซึ่งอาจนำไปสู่ความไม่เสถียรทางพันธุกรรม^{[ 37 ] [ 38 ]}ในเซลล์ที่ขาด ERCC1-XPF และ ERCC1-XPG การลบเหล่านี้พบได้น้อยกว่าใกล้กับลำดับการสร้าง H-DNA ^{[ 38 ]}นอกจากนี้ ยังพบการกลายพันธุ์เพิ่มเติมในเซลล์ที่ขาด ERCC1-XPF และ ERCC1-XPG ในกรณีที่ไม่มีการจำลอง DNA ซึ่งแสดงให้เห็นว่าเซลล์เหล่านี้ประมวลผล H-DNA ในลักษณะที่ไม่ขึ้นกับการจำลอง^{[ 38 ]}

อีกทางเลือกหนึ่ง พบว่านิวคลีเอสซ่อมแซมการจำลองดีเอ็นเอFEN1 สามารถยับยั้งความไม่เสถียรทางพันธุกรรมได้ ^{[ 38 ]}เช่นเดียวกับ ERCC1-XPG FEN1 จะตัด H-DNA ที่ปลาย 5' ของสายที่ไม่เกี่ยวข้องกับพันธะไฮโดรเจนของ Hoogsteen ^{[ 38 ]} เซลล์ HeLaที่ขาด FEN1 แสดงให้เห็นความชุกของการลบที่มากขึ้นใกล้กับลำดับการสร้าง H-DNA แต่การกลายพันธุ์ที่เกิดจาก H-DNA นั้นเด่นชัดกว่าในเซลล์ที่ขาด FEN1 เมื่อมีการจำลองดีเอ็นเอ^{[ 38 ]}สิ่งนี้ชี้ให้เห็นว่า FEN1 ยับยั้งการกลายพันธุ์ที่เกิดจาก H-DNA ในลักษณะที่ขึ้นอยู่กับการจำลอง^{[ 38 ]}

H-DNA มีส่วนเกี่ยวข้องกับสาเหตุของมะเร็งในมนุษย์เนื่องจากลำดับการสร้าง H-DNA แพร่หลายใกล้จุดแตกหักของการย้ายตำแหน่งในจีโนมมะเร็ง^{[ 38 ]}กิจกรรมนิวคลีเอสที่เกิดจากการจำลองแบบด้วย H-DNA เน้นให้เห็นอีกวิธีหนึ่งที่การกลายพันธุ์ที่เกิดจาก H-DNA นำไปสู่การเจริญเติบโตของมะเร็ง

ลำดับการก่อตัวของ H-DNA ยังสามารถทำให้เกิดความไม่เสถียรทางพันธุกรรมได้ด้วยการรบกวนและหยุดการถอดรหัสก่อนกำหนด^{[ 37 ]}การคลายเกลียว DNA ที่เกี่ยวข้องกับการถอดรหัสทำให้มีความเสี่ยงต่อความเสียหายมากขึ้น ในการซ่อมแซมที่เชื่อมโยงกับการถอดรหัส (TCR) รอยโรคบนสายแม่แบบของ DNA จะหยุดการทำงานของ RNA polymerase และส่งสัญญาณให้ปัจจัย TCR แก้ไขความเสียหายโดยการตัดออก^{[ 39 ]} H-DNA สามารถมองได้ว่าเป็นหนึ่งในรอยโรคเหล่านี้

การศึกษาวิจัยที่สังเกตการถอดรหัสโดยT7 RNA polymeraseบนลำดับอะนาล็อกที่สร้าง H-DNA ที่เสถียร พบว่ามีการปิดกั้นการถอดรหัสที่จุดเชื่อมต่อระหว่างสายคู่และสายสาม โดยที่สายแม่แบบเป็นสายกลางของ H-DNA และความยากลำบากในการทำลายพันธะไฮโดรเจน Watson-Crick และ Hoogsteen ทำให้การถอดรหัสไม่สามารถดำเนินต่อไปได้^{[ 40 ]}

เมื่อสังเกตการถอดรหัสโดย T7 บนโปรโมเตอร์ P0 ของ ยีน c-MYCผลิตภัณฑ์การถอดรหัสที่สั้นลงที่พบแสดงให้เห็นว่าการถอดรหัสหยุดลงในบริเวณใกล้เคียงกับลำดับการสร้าง H-DNA ที่อยู่ด้านล่างของโปรโมเตอร์ การสร้าง H-DNA ในบริเวณนี้จะป้องกันไม่ให้ T7 เคลื่อนที่ลงไปตามสายแม่แบบเนื่องจากการกีดขวางทางกายภาพที่เกิดขึ้น ซึ่งจะหยุดการถอดรหัสและส่งสัญญาณให้ปัจจัย TCR เข้ามาแก้ไข H-DNA ซึ่งส่งผลให้เกิดการตัด DNA ออกซึ่งอาจทำให้เกิดความไม่เสถียรทางพันธุกรรม^{[ 39 ]}สมมาตรแบบกระจกเงาและความแพร่หลายของสารตกค้างกัวนีนใน ยีน c-MYCทำให้มีแนวโน้มสูงที่จะสร้างโครงสร้าง DNA ที่ไม่เป็นไปตามแบบแผน^{[ 41 ]}สิ่งนี้ประกอบกับการทำงานของปัจจัย TCR ในระหว่างการถอดรหัสทำให้มีฤทธิ์ก่อกลายพันธุ์สูง โดยมีบทบาทในการพัฒนาของมะเร็งต่อมน้ำเหลือง Burkittและมะเร็งเม็ดเลือดขาว^{[ 39 ] [ 41 ]}

บริเวณ DNA แบบสามสายสามารถสร้างขึ้นได้ผ่านการเชื่อมโยงของโอลิโกนิวคลีโอไทด์ที่สร้างไตรเพล็กซ์ (TFO) และกรดนิวคลีอิกเปปไทด์ (PNA) ในอดีต การจับของ TFO ได้แสดงให้เห็นว่าสามารถยับยั้งการถอดรหัส การจำลองแบบ และการจับของโปรตีนกับ DNA ได้^{[ 17 ]}นอกจากนี้ยังพบว่า TFO ที่เชื่อมโยงกับสารก่อกลายพันธุ์สามารถส่งเสริมความเสียหายของ DNA และชักนำให้เกิดการกลายพันธุ์ได้^{[ 15 ]}แม้ว่า TFO จะเป็นที่รู้จักกันดีว่าสามารถขัดขวางการถอดรหัสและการจำลองแบบของ DNA แต่การศึกษาล่าสุดแสดงให้เห็นว่า TFO สามารถนำมาใช้เพื่อควบคุมการดัดแปลงยีนเฉพาะจุดได้ทั้งในหลอดทดลองและในร่างกาย^{[ 17 ]}การศึกษาล่าสุดอีกชิ้นหนึ่งยังแสดงให้เห็นว่า TFO สามารถใช้เพื่อยับยั้งออนโคยีนและโปรโตออนโคยีนเพื่อลดการเจริญเติบโตของเซลล์มะเร็งได้ ตัวอย่างเช่น การศึกษาล่าสุดได้ใช้ TFO เพื่อลดการตายของเซลล์ในเซลล์มะเร็งตับโดยการลดการแสดงออกของ MET

PNA TFO มีความสามารถในการเพิ่มความถี่ของการรวมตัวใหม่ ซึ่งนำไปสู่การแก้ไขยีนเป้าหมายที่เฉพาะเจาะจง โครงสร้างเกลียวสามชั้น PNA-DNA-PNA สามารถถูกจดจำโดยกลไกการซ่อมแซม DNA ของเซลล์เอง ซึ่งทำให้ DNA รอบข้างไวต่อการรวมตัวใหม่แบบโฮโมโลกัส เพื่อให้โครงสร้าง PNA เฉพาะตำแหน่งสามารถเป็นตัวกลางในการรวมตัวใหม่ภายในลำดับ DNA โครงสร้าง bis-PNA สามารถเชื่อมต่อกับชิ้นส่วน DNA 40nt ที่เป็นโฮโมโลกัสกับบริเวณที่อยู่ติดกันบนยีนเป้าหมาย^{[ 18 ]}การเชื่อมโยง TFO กับสาย DNA ผู้บริจาคแสดงให้เห็นว่าสามารถกระตุ้นการรวมตัวใหม่ของยีนเป้าหมายและบริเวณเป้าหมายของยีนที่อยู่ติดกันได้^{[ 42 ]}กลไกสำหรับการรวมตัวใหม่และการซ่อมแซมในรูปแบบนี้เชื่อมโยงกับ เส้นทาง การซ่อมแซมการตัดนิวคลีโอไทด์ (NER) ซึ่งมีบทบาทในการจดจำและซ่อมแซมโครงสร้างสามชั้น^{[ 18 ] [ 17 ]}การตรวจสอบหลายครั้งชี้ให้เห็นว่าxeroderma pigmentosum group A (XPA) และreplication protein A (RPA) ซึ่งเป็นปัจจัย NER สามารถจับกับโครงสร้างไตรเพล็กซ์ที่เชื่อมโยงกันได้อย่างเฉพาะเจาะจงในรูปแบบคอมเพล็กซ์ เป็นที่ทราบกันว่ากลไกนี้ร่วมกับกลไกอื่นๆ มีบทบาทในการจดจำและซ่อมแซมโครงสร้างไตรเพล็กซ์

การส่งมอบ TFO ในร่างกายเป็นอุปสรรคสำคัญในการใช้ TFO เพื่อการดัดแปลงยีน^{[ 43 ]}การศึกษาหนึ่งเกี่ยวกับการกำหนดเป้าหมายเซลล์ต้นกำเนิดเม็ดเลือดในร่างกายได้เสนอเทคนิคใหม่ในการเชื่อมต่อโมเลกุล PNA กับเปปไทด์ที่สามารถแทรกซึมเข้าสู่เซลล์ (CPPs) ควบคู่ไปกับอนุภาคนาโนโพลี(แลคติก-โค-ไกลโคลิกแอซิด) ( PLGA ) เพื่อให้สามารถดัดแปลง 6 bp ในยีนCCR5 ได้ ^{[ 42 ]}การแก้ไขยีน CCR5 มีความเชื่อมโยงกับความต้านทานต่อ HIV-1 ^{[ 44 ]} CPPs เป็นโปรตีนที่สามารถนำ "สินค้า" เช่น โปรตีนหรือโมเลกุลขนาดเล็กเข้าสู่เซลล์ได้สำเร็จ PGLAs เป็นวัสดุที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพซึ่งห่อหุ้มโมเลกุล PNA ในรูปของอนุภาคนาโนสำหรับการดัดแปลงจีโนมเฉพาะจุด^{[ 42 ]}การศึกษาพบว่าอนุภาคนาโน PNA-DNA PGLA สามารถแก้ไขเซลล์ต้นกำเนิดเม็ดเลือดได้อย่างมีประสิทธิภาพด้วยความเป็นพิษต่ำและปราศจากไวรัส และการเชื่อมต่อกับ CPP ช่วยให้สามารถกำหนดเป้าหมายยีนโดยตรงสำหรับการกลายพันธุ์เฉพาะจุดในเซลล์ต้นกำเนิด

ในการศึกษาใหม่เกี่ยวกับการบำบัดยีน ของโรค ซิสติกไฟโบรซิส (CF) กรดนิวคลีอิกเปปไทด์แบบหางหนีบ (PNA) สามชนิดพร้อมกับโมเลกุล DNA ผู้บริจาคได้รับการออกแบบให้ส่งมอบโดยอนุภาคนาโนเพื่อแก้ไขการกลายพันธุ์ F508 del บนตัวควบคุมการนำไฟฟ้าของเยื่อหุ้มเซลล์ซิสติกไฟโบรซิส ( CFTR ) ในเซลล์เยื่อบุหลอดลมของมนุษย์ในร่างกายและในหลอดทดลอง^{[ 45 ]}การกลายพันธุ์ F508 del เป็นการกลายพันธุ์ที่เกิดขึ้นบ่อยที่สุดซึ่งนำไปสู่การเกิดโรค CF ในบุคคล^{[ 46 ]}การกลายพันธุ์ F508 นำไปสู่การสูญเสียการทำงานของ CFTR ซึ่งเป็นช่องคลอไรด์ของเยื่อหุ้มพลาสมาที่ถูกควบคุมโดยไซคลิกอะดีโนซีนโมโนฟอสเฟต (cAMP) ในการศึกษานี้ พวกเขาสามารถสร้างแนวทางการรักษาใหม่สำหรับ CF โดยใช้อนุภาคนาโนเพื่อแก้ไขการกลายพันธุ์ F508 del CFTRทั้งในหลอดทดลองในเซลล์เยื่อบุหลอดลมของมนุษย์ (HBE) และในร่างกายในแบบจำลองหนู CF ซึ่งส่งผลให้เกิดการขนส่งคลอไรด์ที่ขึ้นอยู่กับ CFTR ^{[ 45 ]}

โครงสร้าง DNA แบบสามสายเป็นสมมติฐานทั่วไปในช่วงทศวรรษ 1950 เมื่อนักวิทยาศาสตร์กำลังพยายามค้นหารูปแบบโครงสร้างที่แท้จริงของ DNA วัตสันและครีก (ผู้ซึ่งต่อมาได้รับรางวัลโนเบลจากแบบจำลองเกลียวคู่) เดิมทีพิจารณาแบบจำลองเกลียวสามสาย เช่นเดียวกับพอลลิงและคอรีย์ซึ่งตีพิมพ์ข้อเสนอสำหรับแบบจำลองเกลียวสามสายของพวกเขาในปี 1953 ^{[ 47 ] [ 48 ]}เช่นเดียวกับนักวิทยาศาสตร์เฟรเซอร์^{[ 49 ]}อย่างไรก็ตาม วัตสันและครีกได้ระบุปัญหาหลายประการเกี่ยวกับแบบจำลองเหล่านี้ในไม่ช้า

• ฟอสเฟตที่มีประจุลบใกล้แกนจะผลักกัน ทำให้เกิดคำถามว่าโครงสร้างสามโซ่นี้คงอยู่ได้อย่างไร
• ในแบบจำลองเกลียวสามชั้น (โดยเฉพาะแบบจำลองของพอลลิงและคอรีย์) ระยะห่างแบบแวนเดอร์วาลส์ บางส่วน ดูเหมือนจะเล็กเกินไป

แบบจำลองของเฟรเซอร์แตกต่างจากแบบจำลองของพอลลิงและคอรีย์ตรงที่ในแบบจำลองของเขา ฟอสเฟตอยู่ด้านนอกและเบสอยู่ด้านใน โดยเชื่อมต่อกันด้วยพันธะไฮโดรเจน อย่างไรก็ตาม วัตสันและคริกพบว่าแบบจำลองของเฟรเซอร์นั้นไม่ชัดเจนเพียงพอที่จะแสดงความคิดเห็นเกี่ยวกับข้อบกพร่องของมันโดยเฉพาะ

โครงสร้าง DNA แบบสามสายทางเลือกได้รับการอธิบายไว้ในปี พ.ศ. 2490 ^{[ 50 ]}เฟลเซนเฟลด์ เดวีส์ และริช ทำนายว่าหากสายหนึ่งประกอบด้วยพิวรีนเท่านั้น และอีกสายหนึ่งประกอบด้วยพิวรีนเท่านั้น สายนั้นจะเกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างเพื่อสร้างเกลียว DNA แบบสามสาย DNA แบบสามสาย (H-DNA) ถูกทำนายว่าประกอบด้วยสายโพลีพิวรีนหนึ่งสายและสายโพลีไพริมิดีนสองสาย^{[ 7 ] [ 50 ]}เชื่อกันว่ามันเกิดขึ้นใน กระบวนการทางชีวภาพ ในร่างกาย เพียงกระบวนการเดียวเท่านั้น คือเป็นผลิตภัณฑ์ขั้นกลางระหว่างการทำงานของเอนไซม์การรวมตัวใหม่ของ E. coliที่ ชื่อ RecA ^{[ 50 ]}แบบจำลองในช่วงแรกในทศวรรษ พ.ศ. 2503 ทำนายการก่อตัวของสารเชิงซ้อนระหว่างโพลีเซทิลลิกและกัวนีนโอลิโกนิวคลีโอไทด์ แบบจำลองแนะนำปฏิสัมพันธ์ที่เรียกว่าการจับคู่แบบฮูกสเตน (ปฏิสัมพันธ์ที่ไม่ใช่แบบวัตสัน-คริก) ซึ่งตั้งอยู่ในร่องหลัก^{[ 7 ]} ไม่นานหลังจากนั้น ก็มีการคาดการณ์ถึงเกลียวสามชั้นที่ประกอบด้วยสายไพริมิดีนหนึ่งสายและสายพิวรีนสองสาย^{[ 7 ]}การค้นพบสาย H-DNA ในพลาสมิดแบบขดตัวทำให้เกิดความสนใจอย่างมากในหน้าที่ที่เป็นไปได้ของโครงสร้างสามชั้นในเซลล์ที่มีชีวิต^{[ 51 ]}นอกจากนี้ ยังพบว่าโฮโมไพริมิดีนและโอลิโกนิวคลีโอไทด์ที่อุดมด้วยพิวรีนบางชนิดสามารถสร้างโครงสร้าง H-DNA ที่เสถียรได้ โดยมีโครงสร้างเฉพาะลำดับการจับกันระหว่างโฮโมพิวรีนและโฮโมไพริมิดีนบนสายคู่ DNA ^{[ 52 ]}