DNA-silmukan salaisuudet voivat antaa meille ylivoiman taistelussa syöpää vastaan

Kuinka solu pakkaa geneettisen datansa siisteiksi kromosomeiksi jakautumista varten? Soluissamme oleva DNA on loppujen lopuksi noin kahden metrin pituinen, ja sen on sovittava ytimeen, joka on noin 1/50 suolajyvän koosta. Miten ihmeessä se järjestää sen sotkeen ennen kuin se jakautuu kahtia?

Uusi tutkimus on antanut kirjaimellisen valon prosessiin, kuvaamalla kondensiini-nimistä proteiinikompleksia, joka vetää silmukoita DNA:sta.

Aiemmat tutkimukset ovat teoriassa, että kondenssiini toimii kuin pieni moottori luoden silmukoita DNA:han; ajatuksena on, että monet näistä laskosista antavat solun tiivistää genominsa tytärsolujen välistä jakautumista varten. Toistaiseksi tätä roolia ei ole kuitenkaan todistettu. Delftin yliopiston Kavli-instituutin ja EMBL Heidelberin tutkijat ovat kuvanneet proteiinin toiminnassa eristämällä DNA-molekyylin ja suuntaamalla sen huolellisesti kondensiinikompleksilla mikroskoopin alla.

"Tekniikka saattaa näyttää hyvin suoraviivaiselta ("Kuvaa vain DNA ja kondensiini"), mutta se on kaukana triviaalista", professori Cees Dekker, Delftin bionanotieteen laitoksen tutkimusryhmän johtaja, kertoo Alphrille . "DNA on kuvattava ilman liikaa valokuvavaurioita.

"Kun valaistat DNA:ta, jotta se tulee näkyväksi, valo voi myös aiheuttaa vaurioita (kutsutaan valovaurioita) ja siten rikkoa DNA:n. Tämä tapahtui esimerkiksi, kun aloitimme tämän tutkimuksen kahdeksan vuotta sitten tavallisemmalla väriaineella, joka lohkaisi ja rikkoi DNA:n sekunneissa.

Delftin Cees Dekker -ryhmän postdoc Mahipal Ganji selittää, että ensimmäinen askel uudessa kuvantamisprosessissa oli kiinnittää DNA-molekyylin kaksi päätä pintaan ja levittää varovasti väriainetta: kohtisuorassa molekyyliin nähden suuntasimme DNA:n U-muotoon ja toimme sen mikroskoopin polttotasolle. Hämmästyttävää kyllä, voimme sitten nähdä yhden kondensiinin sitoutuvan ja alkaa puristaa silmukkaa."

Katso aiheeseen liittyvä 

Tutkijat ovat käyttäneet CRISPR:ää GIF:n tallentamiseen elävän solun DNA:han

Dekkerin mukaan materiaali "ratkaisee keskustelun" kondensiinin kyvystä muodostaa silmukoita DNA:ssa. Ryhmä havaitsi myös, että kelaus on epäsymmetrinen, ja kondensiini vetää DNA:ta vain ankkuroituneen pisteensä yhdeltä puolelta. Silmukan muodostusprosessi vaatii vain vaatimattoman määrän ATP:tä kondensiinin ruokkimiseen, mikä viittaa siihen, että proteiinikompleksi ei vedä DNA:ta emäs kerrallaan, vaan suurissa paloissa. Pieni moottori tekee tämän hämmästyttävän nopeasti, kelaten jopa 1 500 emäsparia sekunnissa.

Löydöksillä ei ole ainoastaan ​​mitoosin ja meioosin perustavanlaatuisen mekanismin selvittämistä, vaan niitä voidaan käyttää auttamaan parantamaan lääketieteellisiä ongelmia, jotka liittyvät proteiiniperheeseen, johon kondensiini kuuluu eli SMC-proteiineiksi. Kuten Dekker selittää, tämä voisi auttaa meitä ymmärtämään paremmin, kuinka syöpää vastaan ​​taistellaan:

"SMC-proteiinit ovat tärkeitä kromosomien järjestäytymiselle. Kromosomimateriaalin oikean jakautumisen häiriintyminen tytärsoluihin liittyy syöpään. SMC-proteiinien perusymmärrys on siis syöpään johtavien häiritsevien prosessien ymmärtämisen ytimessä. Tarkemmin sanottuna mutaatiot SMC-proteiineissa liittyvät perinnöllisiin tiloihin, kuten Cornelia de Langen oireyhtymään.

Delftin yliopiston Kavli-instituutin ja EMBL Heidelberin havainnot julkaistaan ​​tänään Science -lehdessä .

Kuvan luotto: Cees Dekker Lab TU Delft/Scixel