Hemmelighederne ved DNA-løkker kunne give os overhånd i kampen mod kræft

Hvordan pakker en celle sit virvar af genetiske data ind i pæne kromosomer til deling? DNA'et i vores celler strækker sig trods alt til omkring to meter i længden og skal passe ind i en kerne omkring 1/50 af størrelsen af ​​et saltkorn . Hvordan i alverden arrangerer den det virvar, før det deler sig i to?

Ny forskning har kastet et bogstaveligt lys over processen, idet den filmer et proteinkompleks kaldet kondensin, mens det trækker sløjfer fra DNA.

Tidligere undersøgelser har teoretiseret, at kondensin fungerer som en lille motor til at skabe sløjfer i DNA; ideen er, at mange af disse folder tillader en celle at komprimere sit genom til fordeling mellem datterceller. Indtil nu er denne rolle dog ikke blevet bevist. Ved at isolere et DNA-molekyle og omhyggeligt orientere det med et kondensinkompleks under et mikroskop, har forskere fra Kavli Institute of Delft University og EMBL Heidelber filmet proteinet i aktion.

"Teknikken kan virke meget ligetil ('Bare billed DNA'et og kondensinet'), men det er langt fra trivielt," siger professor Cees Dekker, leder af forskningsgruppen ved afdelingen for bionanovidenskab i Delft, til Alphr . »Man skal afbilde DNA'et uden for meget fotoskader.

”Når du kaster lys på DNA for at gøre det synligt, kan det lys også skabe skader (kaldet fotoskader), og derfor bryde DNA'et. Dette skete for eksempel, da vi startede denne forskning for otte år siden med mere standardfarvefarve, der ville skære og bryde DNA'et inden for få sekunder."

Mahipal Ganji, en postdoc i Cees Dekker-gruppen i Delft, forklarer, at det første trin i den nye billeddannelsesproces var at fiksere to ender af et DNA-molekyle på en overflade og omhyggeligt påføre farvestof: "Ved derefter at påføre et flow i væsken vinkelret på molekylet orienterede vi DNA'et i en U-form og bragte det ind i vores mikroskops brændplan. Utroligt nok kunne vi så se en enkelt kondensin binde sig og begynde at ekstrudere en løkke."

Se relateret 

Forskere har brugt CRISPR til at gemme en GIF inde i en levende celles DNA

Ifølge Dekker "afgør optagelserne debatten" om kondensinets evne til at danne sløjfer i DNA. Holdet observerede også, at oprulningen er asymmetrisk, hvor kondensin kun trækker DNA fra den ene side af dets forankrede punkt. Processen med looping kræver kun en beskeden mængde ATP for at brænde kondensinet, hvilket tyder på, at proteinkomplekset ikke trækker DNA'et base for base, men i store bidder. Den lille motor gør dette bemærkelsesværdigt hurtigt og ruller op til 1.500 basepar i sekundet.

Resultaterne har mulighed for ikke kun at belyse en grundlæggende mekanisme for mitose og meiose, men kan bruges til at hjælpe med at helbrede medicinske problemer forbundet med familien af ​​proteiner, som kondensin er en del af, kendt som SMC-proteiner. Som Dekker forklarer, kan dette hjælpe os til bedre at forstå, hvordan man bekæmper kræft:

”SMC-proteinerne er afgørende for organiseringen af ​​kromosomer. Forstyrrelse af den korrekte fordeling af kromosomalt materiale til datterceller er forbundet med cancer. Den grundlæggende forståelse af SMC-proteinerne ligger således i centrum for forståelsen af ​​de forstyrrende processer, der fører til kræft. Mere specifikt er mutationer i SMC-proteinerne relateret til arvelige tilstande såsom Cornelia de Langes syndrom."

Resultaterne fra Kavli Institute of Delft University og EMBL Heidelber offentliggøres i dag i tidsskriftet Science .

Billedkredit: Cees Dekker Lab TU Delft/Scixel