Tovejsbevægelse driver dannelsen af ​​DNA-løkken

Tovejsbevægelse driver dannelsen af ​​DNA-løkken

Forskere fra Delft, Wien og Lausanne opdagede, at de proteinmaskiner, der former vores DNA, kan ændre retning. Indtil nu har forskere troet, at disse såkaldte SMC-motorer, som laver sløjfer i DNA, kun kunne bevæge sig i én retning. Opdagelsen, som vil blive offentliggjort icelleer nøglen til at forstå, hvordan disse motorer former vores genom og regulerer vores gener.

Forbind DNA

"Nogle gange skal en celle hurtigt ændre, hvilke gener der skal udtrykkes, og hvilke der skal slukkes, for eksempel som reaktion på mad, alkohol eller varme. For at slukke for gener bruger celler strukturel vedligeholdelse af kromosomer (SMC) motorer, som opfører sig som switches til at forbinde forskellige dele af DNA'et," forklarer førsteforfatter Roman Barth.

SMC-maskiner ved dog ikke, hvilke dele de skal tilslutte. De indlæser simpelthen et sted på DNA'et og begynder at sløjfe det, indtil det når et punkt, hvor det er tvunget til at stoppe. Derfor er de meget afhængige af evnen til at udforske begge sider af DNA for at finde de rigtige stopskilte. “

Roman Barth, Delft University of Technology

Gearkasse

Teknologibiofysikere ved Delft University of Technology har nu fundet ud af, at SMC-motorer kan ændre retning, i modsætning til hvad man troede var muligt. "Vores eksperimenter viser, at SMC'er momentant trækker DNA fra den ene side og derefter skifter retning for at trække DNA fra den modsatte side. På denne måde kan de over tid trække DNA fra begge sider ind i en løkke. Vi fandt ud af, at dette er sandt for alle typer SMC-motorer, som der er mange af," siger Delft-professor Cees Dekker, der har været supervisor i forskningen. "Du kan gøre det med ét. Sammenlign gear i en bil: En manuel gearstang giver dig mulighed for at få bilen til at bevæge sig fremad eller bagud. Vi har endda identificeret "gearstangen", proteinunderenheden NIPBL, i det cohesin SMC motorprotein."

Imponerende nanoteknologi

For at opdage den omvendte gearing af SMC-motorer brugte forskerne et avanceret hjemmelavet mikroskop til at undersøge individuelle proteiner på individuelle DNA-molekyler. Det er i sig selv en imponerende bedrift, som Barth forklarer: "En enkelt celle indeholder millioner af proteiner, og den menneskelige krop består af billioner af celler. At trække nogle få proteiner ud og være i stand til at observere dem individuelt er en bedrift inden for nanoteknologi, der involverer billeddannelse i en skala af nanometer – 100.000 mindre af et menneskehårbredde."

Neurodegenerative sygdomme

"Når vi forstår, hvordan SMC molekylære motorer former DNA, kan vi spørge, hvad der går galt i sygdomme som kræft og neurogenerative sygdomme, og især hvordan det kan korrigeres," siger Barth. "Neurogenerative sygdomme, for eksempel, kan være resultatet af dysregulerede gener i tidlige stadier af graviditeten i celler i embryonet."

Videnskab i aktion

Undersøgelsen løser endelig forvirringen i det videnskabelige samfund om forskellige modstridende teorier om, hvordan SMC'er fungerer. Tidlig forskning antydede, at SMC'er kun kunne bevæge sig strengt i én retning, mens anden forskning antydede, at de tiltrak DNA fra begge sider samtidigt. Opdagelsen løser disse kontroverser. Barth: Efter at have fundet fællestræk mellem SMC-motorer hjælper det med at fokusere og optimere SMC-forskningsfeltet. Vi behøver ikke længere at søge efter en ny mekanisme for hvert enkelt SMC-protein. Det vil også accelerere feltet mod anvendt videnskab. I. Jeg er glad for, at denne viden kommer ind i medicinalvirksomheder, hospitaler og i sidste ende lægekontorer. “

Kilder: