Leyndarmál DNA lykkju gæti gefið okkur yfirhöndina í baráttunni gegn krabbameini

Hvernig pakkar fruma hrærigraut sinni af erfðafræðilegum gögnum í snyrtilega litninga til skiptingar? DNAið í frumunum okkar, þegar allt kemur til alls, nær um tvo metra að lengd og þarf að passa inn í kjarna sem er um 1/50 af stærð saltkorns. Hvernig í ósköpunum raðar það flækjuna áður en það klofnar í tvennt?

Nýjar rannsóknir hafa varpað bókstaflegu ljósi á ferlið, mynda próteinflóka sem kallast þéttiefni þegar það dregur lykkjur úr DNA.

Fyrri rannsóknir hafa sett fram þá kenningu að þéttiefni virki eins og örlítill mótor til að búa til lykkjur í DNA; hugmyndin er sú að margar af þessum fellingum leyfir frumu að þjappa erfðamengi sínu saman til að dreifa á milli dótturfrumna. Hingað til hefur þetta hlutverk hins vegar ekki verið sannað. Með því að einangra DNA sameind og stilla hana vandlega með þéttiefni undir smásjá, hafa vísindamenn frá Kavli Institute of Delft University og EMBL Heidelber myndað próteinið í virkni.

„Tæknin kann að virðast mjög einföld („Semdu bara DNA og þéttinguna“) en hún er langt frá því að vera léttvæg,“ segir prófessor Cees Dekker, yfirmaður rannsóknarhópsins við lífeindafræðideild Delft, við Alphr . „Maður þarf að mynda DNA án of mikils myndskemmda.

„Þegar þú lýsir ljósi á DNA til að gera það sýnilegt getur það ljós líka valdið skemmdum (kallað ljósskemmdir) og því brotið DNA. Þetta gerðist til dæmis þegar við hófum þessar rannsóknir fyrir átta árum með venjulegri litarefni sem myndi klippa og brjóta DNA innan nokkurra sekúndna.“

Mahipal Ganji, nýdoktor í Cees Dekker hópnum í Delft, útskýrir að fyrsta skrefið í nýja myndgreiningarferlinu hafi verið að festa tvo enda DNA sameindar á yfirborðið og setja varlega litarefni: „Með því að beita flæði í vökvanum hornrétt á sameindina, stilltum við DNA í U-form og færðum það inn í brenniplan smásjár okkar. Ótrúlegt að við gætum þá séð eina þéttiefni bindast og byrjað að pressa út lykkju.“

Sjá tengd 

Vísindamenn hafa notað CRISPR til að geyma GIF inni í DNA lifandi frumu

Að sögn Dekker „leysir upptakan umræðuna“ um getu þéttiefnis til að mynda lykkjur í DNA. Teymið tók einnig eftir því að spólan er ósamhverf, þar sem þéttingin dregur aðeins DNA frá annarri hliðinni á festa punktinum. Ferlið við lykkjumyndun tekur aðeins hóflegt magn af ATP til að kynda undir þéttingunni, sem bendir til þess að próteinkomplexið dragi ekki DNA basa fyrir basa, heldur í stórum klumpur. Pínulítill mótorinn gerir þetta ótrúlega hratt og spólar allt að 1.500 grunnpör á sekúndu.

Niðurstöðurnar hafa svigrúm til að skýra ekki aðeins grundvallarkerfi mítósu og meiósa, heldur er hægt að nota þær til að lækna læknisfræðileg vandamál sem tengjast fjölskyldu próteina sem þéttiefni er hluti af, þekkt sem SMC prótein. Eins og Dekker útskýrir gæti þetta hjálpað okkur að skilja betur hvernig á að berjast gegn krabbameini:

„SMC próteinin skipta sköpum fyrir skipulag litninga. Truflun á réttri dreifingu litningaefnis til dótturfrumna tengist krabbameini. Grunnskilningur á SMC próteinum er því kjarninn í skilningi á truflandi ferlum sem leiða til krabbameins. Nánar tiltekið eru stökkbreytingar í SMC próteinum tengdar arfgengum sjúkdómum eins og Cornelia de Lange heilkenni.

Niðurstöður Kavli Institute of Delft University og EMBL Heidelber eru birtar í dag í tímaritinu Science .

Myndinneign: Cees Dekker Lab TU Delft/Scixel