Tajemství smyčkování DNA nám může dát navrch v boji proti rakovině

Jak buňka zabalí svou změť genetických dat do úhledných chromozomů pro dělení? DNA v našich buňkách koneckonců dosahuje délky asi dvou metrů a musí se vejít do jádra o velikosti asi 1/50 velikosti zrnka soli. Jak to proboha uspořádá tu spleť, než se rozdělí na dvě?

Nový výzkum vrhl na tento proces doslovné světlo a natočil proteinový komplex zvaný kondenzin, který kreslí smyčky z DNA.

Předchozí studie tvrdily, že kondenzin funguje jako malý motor, který vytváří smyčky v DNA; myšlenka je, že mnoho z těchto záhybů umožňuje buňce komprimovat svůj genom pro distribuci mezi dceřinými buňkami. Doposud však tato role nebyla prokázána. Vědci z Kavli Institute of Delft University a EMBL Heidelber nafilmovali protein v akci, když izolovali molekulu DNA a pečlivě ji orientovali pomocí komplexu kondenzinu pod mikroskopem.

„Tato technika se může zdát velmi přímočará („Jen si představte DNA a kondenzin“), ale zdaleka není triviální,“ říká profesor Cees Dekker, vedoucí výzkumné skupiny na katedře bionanověd v Delftu, Alphr . "Je potřeba zobrazit DNA bez přílišného poškození fotografií."

„Když na DNA posvítíte světlem, abyste ji zviditelnili, může toto světlo také způsobit poškození (nazývané fotopoškození), a tedy rozbít DNA. Stalo se to například, když jsme před osmi lety zahájili tento výzkum se standardnějším barevným barvivem, které by během několika sekund zlomilo a zlomilo DNA.“

Mahipal Ganji, postdoc ve skupině Cees Dekker v Delftu, vysvětluje, že prvním krokem v novém zobrazovacím procesu bylo fixování dvou konců molekuly DNA na povrch a pečlivé nanesení barevného barviva: „Následným aplikováním proudění v tekutině kolmo k molekule jsme orientovali DNA do tvaru U a přivedli ji do ohniskové roviny našeho mikroskopu. Úžasně jsme pak mohli vidět, jak se jediný kondenzin naváže a začne vytlačovat smyčku."

Viz související 

Vědci použili CRISPR k uložení GIF uvnitř DNA živé buňky

Podle Dekkera tyto záběry „uklidňují debatu“ o schopnosti kondenzinu tvořit smyčky v DNA. Tým také pozoroval, že navíjení je asymetrické, přičemž kondenzin táhne DNA pouze z jedné strany svého ukotveného bodu. Proces smyčkování vyžaduje pouze skromné ​​množství ATP k pohonu kondenzinu, což naznačuje, že proteinový komplex netáhne DNA bázi po bázi, ale ve velkých kouscích. Malý motor to dělá pozoruhodně rychle a navíjí až 1 500 párů bází za sekundu.

Zjištění mají prostor nejen k objasnění základního mechanismu mitózy a meiózy, ale mohou být použity k léčbě zdravotních problémů spojených s rodinou proteinů, jejichž součástí je kondenzin, známých jako proteiny SMC. Jak vysvětluje Dekker, mohlo by nám to pomoci lépe pochopit, jak bojovat s rakovinou:

"Proteiny SMC jsou klíčové pro organizaci chromozomů." Narušení správné distribuce chromozomálního materiálu do dceřiných buněk je spojeno s rakovinou. Základní porozumění proteinům SMC tak leží v srdci pochopení rušivých procesů, které vedou k rakovině. Přesněji řečeno, mutace v proteinech SMC souvisí s dědičnými stavy, jako je syndrom Cornelia de Lange.

Zjištění z Kavli Institute of Delft University a EMBL Heidelber jsou dnes publikována v časopise Science .

Obrazový kredit: Cees Dekker Lab TU Delft/Scixel