Ruch dwukierunkowy napędza tworzenie pętli DNA

Ruch dwukierunkowy napędza tworzenie pętli DNA

Naukowcy z Delft, Wiednia i Lozanny odkryli, że maszyny białkowe kształtujące nasze DNA mogą zmieniać kierunek. Do tej pory badacze uważali, że tak zwane silniki SMC, które tworzą pętle w DNA, mogą poruszać się tylko w jednym kierunku. Odkrycie, które zostanie opublikowane wkomórkajest kluczem do zrozumienia, w jaki sposób te silniki kształtują nasz genom i regulują nasze geny.

Połącz DNA

„Czasami komórka musi szybko zmienić, które geny powinny ulegać ekspresji, a które wyłączyć, na przykład w odpowiedzi na jedzenie, alkohol lub ciepło. Aby wyłączyć geny, komórki wykorzystują strukturalne utrzymanie silników chromosomów (SMC), które zachowują się jak przełączniki łączące różne części DNA” – wyjaśnia pierwszy autor Roman Barth.

Jednak maszyny SMC nie wiedzą, które części połączyć. Po prostu ładują gdzieś DNA i zaczynają go zapętlać, aż osiągnie punkt, w którym zostanie zmuszony do zatrzymania się. Dlatego w dużym stopniu polegają na umiejętności eksploracji obu stron DNA w celu znalezienia właściwych znaków stopu. „

Roman Barth z Politechniki w Delft

Skrzynia biegów

Biofizycy zajmujący się technologią na Politechnice w Delft odkryli teraz, że silniki SMC mogą zmieniać kierunek, wbrew temu, co uważano za możliwe. „Nasze eksperymenty pokazują, że SMC chwilowo wyciągają DNA z jednej strony, a następnie zmieniają kierunek, aby wyciągnąć DNA z przeciwnej strony. W ten sposób z czasem mogą wyciągnąć DNA z obu stron w pętlę. Odkryliśmy, że dotyczy to wszystkich typów silników SMC, a jest ich wiele” – mówi profesor Cees Dekker z Delft, który nadzorował badania. „Możesz to zrobić za pomocą jednego. Porównaj biegi w samochodzie: ręczna dźwignia zmiany biegów pozwala na poruszanie samochodem do przodu lub do tyłu. Zidentyfikowaliśmy nawet „dźwignię zmiany biegów”, podjednostkę białka NIPBL, w białku silnikowym kohezyny SMC.

Imponująca nanotechnologia

Aby odkryć przekładnię wsteczną w silnikach SMC, badacze wykorzystali zaawansowany, domowej roboty mikroskop do zbadania poszczególnych białek na poszczególnych cząsteczkach DNA. To samo w sobie jest imponującym wyczynem, jak wyjaśnia Barth: „Pojedyncza komórka zawiera miliony białek, a ciało ludzkie składa się z bilionów komórek. Wyciągnięcie kilku białek i możliwość ich indywidualnej obserwacji to wyczyn nanotechnologii polegający na obrazowaniu w skali nanometrów – 100 000 mniejszej niż szerokość ludzkiego włosa”.

Choroby neurodegeneracyjne

„Kiedy zrozumiemy, w jaki sposób silniki molekularne SMC kształtują DNA, możemy zadać sobie pytanie, co dzieje się nie tak w przypadku chorób takich jak rak i choroby neurogeneracyjne, a zwłaszcza, jak można to skorygować” – mówi Barth. „Na przykład choroby neurogeneracyjne mogą być wynikiem rozregulowania genów we wczesnych stadiach ciąży w komórkach zarodka”.

Nauka w działaniu

Badanie ostatecznie rozwiewa zamieszanie w środowisku naukowym dotyczące różnych sprzecznych teorii na temat działania SMC. Wczesne badania sugerowały, że SMC mogą poruszać się wyłącznie w jednym kierunku, podczas gdy inne badania sugerowały, że przyciągają DNA z obu stron jednocześnie. Odkrycie rozwiewa te kontrowersje. Barth: Znalezienie podobieństw między silnikami SMC pomaga skoncentrować się i zoptymalizować obszar badań nad SMC. Nie musimy już szukać nowego mechanizmu dla każdego pojedynczego białka SMC. Przyspieszy to także rozwój nauk stosowanych. I. Cieszę się, że ta wiedza trafia do firm farmaceutycznych, szpitali, a w końcu do gabinetów lekarskich. „

Źródła: