Il movimento bidirezionale guida la formazione del ciclo del DNA

Il movimento bidirezionale guida la formazione del ciclo del DNA

Scienziati di Delft, Vienna e Losanna hanno scoperto che le macchine proteiche che modellano il nostro DNA possono cambiare direzione. Fino ad ora, i ricercatori credevano che questi cosiddetti motori SMC, che creano anelli nel DNA, potessero muoversi solo in una direzione. La scoperta, che sarà pubblicata incellaè la chiave per capire come questi motori modellano il nostro genoma e regolano i nostri geni.

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“A volte una cellula ha bisogno di cambiare rapidamente quali geni dovrebbero essere espressi e quali dovrebbero essere spenti, ad esempio in risposta al cibo, all’alcol o al calore. Per disattivare i geni, le cellule utilizzano motori di mantenimento strutturale dei cromosomi (SMC), che si comportano come interruttori per collegare diverse parti del DNA”, spiega il primo autore Roman Barth.

Tuttavia, le macchine SMC non sanno quali parti collegare. Si caricano semplicemente da qualche parte nel DNA e iniziano a farlo girare fino a raggiungere un punto in cui è costretto a fermarsi. Pertanto, fanno molto affidamento sulla capacità di esplorare entrambi i lati del DNA per trovare i giusti segnali di stop. “

Roman Barth, Università della Tecnologia di Delft

Cambio

I biofisici tecnologici dell'Università di Tecnologia di Delft hanno ora scoperto che i motori SMC possono cambiare direzione, contrariamente a quanto si riteneva possibile. "I nostri esperimenti mostrano che gli SMC attirano momentaneamente il DNA da un lato e poi cambiano direzione per estrarre il DNA dal lato opposto. In questo modo, nel tempo, possono attirare il DNA da entrambi i lati in un circuito. Abbiamo scoperto che questo è vero per tutti i tipi di motori SMC, di cui ce ne sono molti", afferma il professor Cees Dekker di Delft, che ha supervisionato la ricerca. "Puoi farlo con uno Confronta le marce in un'auto: una leva del cambio manuale ti consente di far muovere l'auto in avanti o indietro. Abbiamo persino identificato la "leva del cambio", la subunità proteica NIPBL, nella proteina motoria SMC della coesione."

Nanotecnologia impressionante

Per scoprire l'inversione di marcia dei motori SMC, i ricercatori hanno utilizzato un microscopio avanzato fatto in casa per esaminare le singole proteine ​​su singole molecole di DNA. Questa di per sé è un'impresa impressionante, come spiega Barth: "Una singola cellula contiene milioni di proteine ​​e il corpo umano è composto da trilioni di cellule. Estrarre alcune proteine ​​ed essere in grado di osservarle individualmente è un'impresa della nanotecnologia che implica l'imaging su una scala di nanometri: 100.000 più piccola della larghezza di un capello umano."

Malattie neurodegenerative

"Una volta compreso il modo in cui i motori molecolari delle SMC modellano il DNA, potremmo chiederci cosa va storto in malattie come il cancro e le malattie neurogenerative, e soprattutto come può essere corretto", afferma Barth. “Le malattie neurogenerative, ad esempio, possono essere il risultato di geni disregolati nelle prime fasi della gravidanza nelle cellule dell’embrione”.

Scienza in azione

Lo studio risolve finalmente la confusione esistente nella comunità scientifica riguardo a varie teorie contrastanti sul funzionamento delle SMC. Le prime ricerche suggerivano che le SMC potessero muoversi solo strettamente in una direzione, mentre altre ricerche suggerivano che attraessero il DNA da entrambi i lati contemporaneamente. La scoperta risolve queste controversie. Barth: Dopo aver individuato punti in comune tra i motori SMC, è utile focalizzare e ottimizzare il campo di ricerca SMC. Non abbiamo più bisogno di cercare un nuovo meccanismo per ogni singola proteina SMC. Accelererà anche il campo verso la scienza applicata. I. Sono felice che questa conoscenza stia entrando nelle aziende farmaceutiche, negli ospedali e infine negli studi medici. “

Fonti: