Тайните на примката на ДНК могат да ни дадат надмощие в борбата срещу рака

Как една клетка опакова своята бъркотия от генетични данни в чисти хромозоми за разделяне? В края на краищата ДНК в нашите клетки се простира до около два метра дължина и трябва да се побере в ядро ​​с размер около 1/50 от размера на зърно сол. Как, за бога, подрежда тази плетеница, преди да се раздели на две?

Ново изследване хвърли буквална светлина върху процеса, заснемайки протеинов комплекс, наречен кондензин, докато извлича вериги от ДНК.

Предишни проучвания теоретизираха, че кондензинът действа като малък двигател, за да създава бримки в ДНК; идеята е, че много от тези гънки позволяват на клетката да уплътни своя геном за разпределение между дъщерните клетки. Досега обаче тази роля не е доказана. Чрез изолиране на ДНК молекула и внимателното й ориентиране с кондензинов комплекс под микроскоп, учени от института Kavli на Делфтския университет и EMBL Heidelber са заснели протеина в действие.

„Техниката може да изглежда много ясна („Просто изобразете ДНК и кондензина“), но далеч не е тривиална“, казва за Alphr професор Cees Dekker, ръководител на изследователската група в отдела по бионаука в Делфт . „Човек трябва да изобрази ДНК без прекалено много щети на снимката.

„Когато осветите ДНК, за да я направите видима, тази светлина може също да причини увреждане (наречено фотоувреждане) и следователно да разруши ДНК. Това се случи, например, когато започнахме това изследване преди осем години с по-стандартно цветно багрило, което би нарязало и разрушило ДНК за секунди.

Махипал Ганджи, постдоктор в групата на Cees Dekker в Делфт, обяснява, че първата стъпка в новия процес на изобразяване е била да се фиксират два края на ДНК молекула върху повърхност и внимателно да се нанесе цветна боя: „След това прилагане на поток в течността перпендикулярно на молекулата, ние ориентирахме ДНК в U-образна форма и я поставихме във фокалната равнина на нашия микроскоп. Удивително, тогава можехме да видим единичен кондензин да се свързва и да започнем да екструдираме цикъл.

Вижте свързани 

Учените са използвали CRISPR, за да съхранят GIF в ДНК на жива клетка

Според Dekker, кадрите "уреждат дебата" относно способността на кондензина да образува бримки в ДНК. Екипът също така забеляза, че навиването е асиметрично, като кондензинът издърпва ДНК само от едната страна на своята закотвена точка. Процесът на примка отнема само скромно количество АТФ за захранване на кондензина, което предполага, че протеиновият комплекс не изтегля ДНК база по база, а на големи парчета. Малкият мотор прави това забележително бързо, навивайки до 1500 базови чифта в секунда.

Констатациите имат обхвата не само да изяснят фундаментален механизъм на митозата и мейозата, но могат да бъдат използвани за лечение на медицински проблеми, свързани със семейството протеини, от които кондензинът е част, известни като SMC протеини. Както Dekker обяснява, това може да ни помогне да разберем по-добре как да се борим с рака:

„Протеините SMC са от решаващо значение за организацията на хромозомите. Нарушаването на правилното разпределение на хромозомния материал към дъщерните клетки е свързано с рак. По този начин основното разбиране на SMC протеините е в основата на разбирането на разрушителните процеси, които водят до рак. По-конкретно, мутациите в SMC протеините са свързани с наследствени заболявания като синдрома на Корнелия де Ланге.

Констатациите от института Kavli на университета в Делфт и EMBL Heidelber са публикувани днес в списание Science .

Кредит за изображение: Cees Dekker Lab TU Delft/Scixel