Dubbelriktad rörelse driver bildandet av DNA-slingan

Dubbelriktad rörelse driver bildandet av DNA-slingan

Forskare från Delft, Wien och Lausanne upptäckte att proteinmaskinerna som formar vårt DNA kan ändra riktning. Hittills har forskare trott att dessa så kallade SMC-motorer, som gör slingor i DNA, bara kunde röra sig i en riktning. Upptäckten, som kommer att publiceras icellär nyckeln till att förstå hur dessa motorer formar vårt genom och reglerar våra gener.

Koppla ihop DNA

"Ibland behöver en cell snabbt ändra vilka gener som ska uttryckas och vilka som ska stängas av, till exempel som svar på mat, alkohol eller värme. För att stänga av gener använder cellerna strukturellt underhåll av kromosommotorer (SMC), som beter sig som switchar för att koppla ihop olika delar av DNA:t", förklarar förstaförfattaren Roman Barth.

SMC-maskiner vet dock inte vilka delar som ska anslutas. De laddar helt enkelt någonstans på DNA:t och börjar loopa det tills det når en punkt där det tvingas stanna. Därför förlitar de sig mycket på förmågan att utforska båda sidor av DNA för att hitta rätt stoppskyltar. "

Roman Barth, Delfts tekniska universitet

Växellåda

Teknikbiofysiker vid Delft University of Technology har nu funnit att SMC-motorer kan ändra riktning, tvärtemot vad man trodde var möjligt. "Våra experiment visar att SMC:er momentant drar DNA från ena sidan och sedan byter riktning för att dra DNA från motsatt sida. Detta gör att de kan dra DNA från båda sidor till en slinga över tiden. Vi fann att detta stämmer för alla typer av SMC-motorer, som det finns många av", säger Delft-professorn Cees Dekker, som ledde forskningen. "Du kan jämföra det med en växellåda i en bil: med en manuell växellåda kan du köra bilen framåt eller bakåt. Vi identifierade till och med "växelspaken", proteinsubenheten NIPBL, i kohesin SMC-motorproteinet."

Imponerande nanoteknik

För att upptäcka backväxeln hos SMC-motorer använde forskarna ett avancerat hemgjort mikroskop för att undersöka enskilda proteiner på individuella DNA-molekyler. Det i sig är en imponerande bedrift, som Barth förklarar: "En enda cell innehåller miljontals proteiner och människokroppen består av biljoner celler. Att dra ut några proteiner och kunna observera dem individuellt är en prestation inom nanoteknik som involverar avbildning i en skala av nanometer – 100 000 mindre än ett mänskligt hårstrå."

Neurodegenerativa sjukdomar

"När vi förstår hur SMC-molekylära motorer formar DNA, kan vi fråga vad som går fel i sjukdomar som cancer och neurogenerativa sjukdomar, och särskilt hur det kan korrigeras", säger Barth. "Neurogenerativa sjukdomar, till exempel, kan vara resultatet av oreglerade gener i tidiga stadier av graviditeten i embryots celler."

Vetenskap i aktion

Studien löser slutligen förvirringen i forskarvärlden om olika motstridiga teorier om hur SMC fungerar. Tidig forskning antydde att SMC bara kunde röra sig strikt i en riktning, medan annan forskning antydde att de attraherade DNA från båda sidor samtidigt. Upptäckten löser dessa kontroverser. Barth: Efter att ha hittat likheter mellan SMC-motorer hjälper det att fokusera och optimera SMC-forskningsfältet. Vi behöver inte längre leta efter en ny mekanism för varje enskilt SMC-protein. Det kommer också att påskynda fältet mot tillämpad vetenskap. I. Jag är glad att denna kunskap kommer in i läkemedelsföretag, sjukhus och så småningom läkarmottagningar. "

Källor: