Τα μυστικά του DNA Looping θα μπορούσαν να μας δώσουν το πάνω χέρι στον αγώνα κατά του καρκίνου

Πώς συσκευάζει ένα κύτταρο το συνονθύλευμα των γενετικών του δεδομένων σε καθαρά χρωμοσώματα για διαίρεση; Το DNA στα κύτταρά μας, τελικά, εκτείνεται σε περίπου δύο μέτρα σε μήκος και πρέπει να χωρέσει σε έναν πυρήνα περίπου στο 1/50 του μεγέθους ενός κόκκου αλατιού. Πώς στο καλό κανονίζει αυτό το κουβάρι πριν χωριστεί στα δύο;

Νέα έρευνα έχει ρίξει κυριολεκτικά φως στη διαδικασία, κινηματογραφώντας ένα σύμπλεγμα πρωτεΐνης που ονομάζεται condensin καθώς αντλεί βρόχους από το DNA.

Προηγούμενες μελέτες έχουν υποστηρίξει ότι η συμπύκνωση δρα σαν ένας μικροσκοπικός κινητήρας για να δημιουργήσει βρόχους στο DNA. Η ιδέα είναι ότι πολλές από αυτές τις πτυχές επιτρέπουν σε ένα κύτταρο να συμπιέζει το γονιδίωμά του για διανομή μεταξύ των θυγατρικών κυττάρων. Μέχρι στιγμής, όμως, αυτός ο ρόλος δεν έχει αποδειχθεί. Απομονώνοντας ένα μόριο DNA και προσανατολίζοντάς το προσεκτικά με ένα σύμπλεγμα συμπυκνίνης κάτω από ένα μικροσκόπιο, επιστήμονες από το Ινστιτούτο Kavli του Πανεπιστημίου Ντελφτ και το EMBL Heidelber έχουν κινηματογραφήσει την πρωτεΐνη σε δράση.

«Η τεχνική μπορεί να φαίνεται πολύ απλή («Απλώς απεικονίστε το DNA και τη συμπύκνωση») αλλά δεν είναι καθόλου ασήμαντη», λέει στον Alphr ο καθηγητής Cees Dekker, επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας στο τμήμα βιονανοεπιστήμης στο Ντελφτ . «Κάποιος πρέπει να απεικονίσει το DNA χωρίς υπερβολική ζημιά στη φωτογραφία.

«Όταν ρίχνεις φως στο DNA για να γίνει ορατό, αυτό το φως μπορεί επίσης να δημιουργήσει ζημιά (που ονομάζεται φωτοφθορές) και επομένως να σπάσει το DNA. Αυτό συνέβη, για παράδειγμα, όταν ξεκινήσαμε αυτήν την έρευνα πριν από οκτώ χρόνια με πιο τυπική βαφή χρώματος που θα έσπασε και θα έσπασε το DNA μέσα σε λίγα δευτερόλεπτα».

Ο Mahipal Ganji, μεταδιδάκτορας στην ομάδα Cees Dekker του Ντελφτ, εξηγεί ότι το πρώτο βήμα στη νέα διαδικασία απεικόνισης ήταν να στερεωθούν τα δύο άκρα ενός μορίου DNA σε μια επιφάνεια και να εφαρμοστεί προσεκτικά η βαφή: «Μέχρι τότε εφαρμόζοντας μια ροή στο υγρό κάθετα στο μόριο, προσανατολίσαμε το DNA σε σχήμα U και το φέραμε στο εστιακό επίπεδο του μικροσκοπίου μας. Παραδόξως, μπορούσαμε στη συνέχεια να δούμε μια ενιαία συμπύκνωση να δεσμεύεται και να αρχίσουμε να εξωθούμε έναν βρόχο».

Δείτε σχετικά 

Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν το CRISPR για να αποθηκεύσουν ένα GIF μέσα στο DNA ενός ζωντανού κυττάρου

Σύμφωνα με τον Dekker, το βίντεο «καθορίζει τη συζήτηση» σχετικά με την ικανότητα του condensin να σχηματίζει βρόχους στο DNA. Η ομάδα παρατήρησε επίσης ότι το τύλιγμα είναι ασύμμετρο, με τη συμπύκνωση να τραβά μόνο το DNA από τη μία πλευρά του αγκυρωμένου σημείου της. Η διαδικασία του βρόχου απαιτεί μόνο μια μέτρια ποσότητα ATP για να τροφοδοτήσει τη συμπυκνίνη, υποδηλώνοντας ότι το πρωτεϊνικό σύμπλεγμα δεν τραβά τη βάση του DNA με βάση, αλλά σε μεγάλα κομμάτια. Ο μικροσκοπικός κινητήρας το κάνει αυτό εξαιρετικά γρήγορα, τυλίγοντας έως και 1.500 ζεύγη βάσεων ανά δευτερόλεπτο.

Τα ευρήματα έχουν σκοπό όχι μόνο να διασαφηνίσουν έναν θεμελιώδη μηχανισμό μίτωσης και μείωσης, αλλά μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να βοηθήσουν στη θεραπεία ιατρικών προβλημάτων που σχετίζονται με την οικογένεια πρωτεϊνών που αποτελεί μέρος της συμπύκνωσης, γνωστές ως πρωτεΐνες SMC. Όπως εξηγεί ο Dekker, αυτό θα μπορούσε να μας βοηθήσει να κατανοήσουμε καλύτερα πώς να καταπολεμήσουμε τον καρκίνο:

«Οι πρωτεΐνες SMC είναι ζωτικής σημασίας για την οργάνωση των χρωμοσωμάτων. Η διαταραχή της σωστής κατανομής του χρωμοσωμικού υλικού στα θυγατρικά κύτταρα σχετίζεται με καρκίνο. Επομένως, η βασική κατανόηση των πρωτεϊνών SMC βρίσκεται στο επίκεντρο της κατανόησης των διασπαστικών διαδικασιών που οδηγούν στον καρκίνο. Πιο συγκεκριμένα, οι μεταλλάξεις στις πρωτεΐνες SMC σχετίζονται με κληρονομικές παθήσεις όπως το σύνδρομο Cornelia de Lange».

Τα ευρήματα από το Ινστιτούτο Kavli του Πανεπιστημίου Ντελφτ και το EMBL Heidelber δημοσιεύονται σήμερα στο περιοδικό Science .

Πίστωση εικόνας: Cees Dekker Lab TU Delft/Scixel