Medizinische Forschung

Bidirektionale Bewegung treibt die Bildung der DNA -Schleife an

Wissenschaftler aus Delft, Wien und Lausanne entdeckten, dass die Proteinmaschinen, die unsere DNA formen, die Richtung wechseln können. Bisher glaubten die Forscher, dass diese sogenannten SMC-Motoren, die Schleifen in DNA machen, sich nur in eine Richtung bewegen könnten. Die Entdeckung, die in veröffentlicht wird in Zelleist der Schlüssel zum Verständnis, wie diese Motoren unser Genom prägen und unsere Gene regulieren.

DNA anschließen

„Manchmal muss eine Zelle schnell verändern, welche Gene exprimiert werden sollen und welche ausgeschaltet werden sollten, z. B. als Reaktion auf Nahrung, Alkohol oder Wärme. Um Gene auszuschalten, verwenden Zellen die strukturelle Aufrechterhaltung von Chromosomen (SMC ) Motoren, die sich wie Schalter verhalten, um verschiedene Teile der DNA zu verbinden “, erklärt der erste Autor Roman Barth.

SMC -Maschinen wissen jedoch nicht, welche Teile eine Verbindung hergestellt werden sollen. Sie laden einfach irgendwo auf der DNA und beginnen sie zu einer Schleife zu gestalten, bis sie einen Punkt erreichen, an dem sie gezwungen sind, anzuhalten. Deshalb verlassen sie sich stark auf die Fähigkeit, beide Seiten der DNA zu erforschen, um die richtigen Stoppschilder zu finden. „

Roman Barth, Delft University of Technology

Getriebe

Biophysiker der Technologie der Delft University of Technology stellten nun fest, dass SMC -Motoren die Richtung wechseln können, entgegen den angenommenen möglichen. „Unsere Experimente zeigen, dass SMCs momentan die DNA von einer Seite ziehen und dann die Richtung wechseln, um DNA von der gegenüberliegenden Seite zu ziehen. Auf diese Weise können sie DNA mit der Zeit von beiden Seiten in eine Schleife ziehen. Wir fanden dies für alle für alle wahr. Arten von SMC -Motoren, von denen es viele gibt „, sagt Delft Professor Cees Dekker, der die Forschung beaufsichtigt hat. „Sie können es mit einem Getriebe in einem Auto vergleichen: Mit einem manuellen Gangstock können Sie das Auto vorwärts oder rückwärts bewegen lassen. Wir haben sogar den„ Zahnradhebel “, die Protein -Untereinheit NIPBL, im Cohesin SMC -Motorprotein identifiziert.“

Beeindruckende Nanotechnologie

Um das umgekehrte Gang von SMC-Motoren zu entdecken, verwendeten die Forscher ein fortschrittliches hausgemachtes Mikroskop, um einzelne Proteine ​​auf einzelnen DNA-Molekülen zu untersuchen. Das an sich ist eine beeindruckende Leistung, wie Barth erklärt: „Eine einzelne Zelle enthält Millionen von Proteinen und der menschliche Körper besteht aus Billionen von Zellen. Ein paar Proteine ​​herausziehen und in der Lage sind, sie einzeln zu beobachten Kunststück der Nanotechnologie, die die Bildgebung in einer Skala von Nanometern beinhaltet – 100.000 kleiner als die Breite eines menschlichen Haares. „

Neurodegenerative Erkrankungen

„Sobald wir verstanden haben, wie SMC -Molekularmotoren DNA formen, fragen wir möglicherweise, was bei Krankheiten wie Krebs und neurogenerativen Erkrankungen schief geht, und vor allem, wie es korrigiert werden kann“, sagt Barth. „Neurogenerative Erkrankungen können zum Beispiel das Ergebnis von fehlregulierten Genen in frühen Schwangerschaftsstadien sein Zellen des Embryos. „

Wissenschaft in Aktion

Die Studie löst schließlich die Verwirrung in der wissenschaftlichen Gemeinschaft über verschiedene widersprüchliche Theorien darüber, wie SMCs funktionieren. Frühe Untersuchungen deuteten darauf hin, dass SMCs sich nur strikt in eine Richtung bewegen können, während andere Untersuchungen darauf hinwiesen, dass sie gleichzeitig DNA von beiden Seiten anzogen. Die Entdeckung löst diese Kontroversen. Barth: Nachdem sie Gemeinsamkeiten zwischen SMC -Motoren gefunden hat, hilft es, das SMC -Forschungsfeld zu fokussieren und zu optimieren. Wir müssen nicht mehr nach einem neuen Mechanismus für jeden einzelnen SMC -Protein suchen. Es wird auch das Feld in Richtung angewandter Wissenschaft beschleunigen. I. Ich bin froh, dass dieses Wissen in Pharmaunternehmen, Krankenhäusern und schließlich Ärztebüros eingehen. „


Quellen:

Journal reference:

Barth, R., et al. (2025) SMC motor proteins extrude DNA asymmetrically and can switch directions. Cell. doi.org/10.1016/j.cell.2024.12.020.

Daniel Wom

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