Hemmelighetene ved DNA-løkker kan gi oss overtaket i kampen mot kreft

Hvordan pakker en celle sitt virvar av genetiske data til pene kromosomer for deling? DNAet i cellene våre strekker seg tross alt til rundt to meter i lengde, og må passe inn i en kjerne som er rundt 1/50 av størrelsen på et saltkorn. Hvordan i all verden ordner den den floken før den deler seg i to?

Ny forskning har kastet et bokstavelig lys over prosessen, og filmer et proteinkompleks kalt kondensin mens det trekker løkker fra DNA.

Tidligere studier har teoretisert at kondensin fungerer som en liten motor for å lage løkker i DNA; ideen er at mange av disse foldene lar en celle komprimere genomet sitt for distribusjon mellom datterceller. Til nå har imidlertid ikke denne rollen blitt bevist. Ved å isolere et DNA-molekyl og forsiktig orientere det med et kondensinkompleks under et mikroskop, har forskere fra Kavli Institute of Delft University og EMBL Heidelber filmet proteinet i aksjon.

"Teknikken kan virke veldig grei ('Bare avbilde DNA og kondensinet'), men den er langt fra triviell, sier professor Cees Dekker, leder av forskningsgruppen ved avdelingen for bionanovitenskap i Delft, til Alphr . "Man må avbilde DNA uten for mye fotoskader.

"Når du skinner lys på DNA for å gjøre det synlig, kan det lyset også skape skade (kalt fotoskade), og derfor bryte DNA. Dette skjedde for eksempel da vi startet denne forskningen for åtte år siden med mer standard fargestoff som ville hakke og bryte DNAet i løpet av sekunder.»

Mahipal Ganji, en postdoktor i Cees Dekker-gruppen i Delft, forklarer at det første trinnet i den nye bildebehandlingsprosessen var å feste to ender av et DNA-molekyl på en overflate og forsiktig påføre fargefarge: "Ved å deretter påføre en strømning i væsken vinkelrett på molekylet, orienterte vi DNA i en U-form og brakte det inn i fokalplanet til mikroskopet vårt. Utrolig nok kunne vi da se en enkelt kondensin binde seg og begynne å ekstrudere en løkke."

Se relatert 

Forskere har brukt CRISPR til å lagre en GIF inne i DNAet til en levende celle

Ifølge Dekker "avgjør opptakene debatten" om kondensinets evne til å danne løkker i DNA. Teamet observerte også at spolingen er asymmetrisk, med kondensin som bare trekker DNA fra den ene siden av det forankrede punktet. Prosessen med looping tar bare en beskjeden mengde ATP for å brenne kondensinet, noe som tyder på at proteinkomplekset ikke trekker DNA base for base, men i store biter. Den lille motoren gjør dette bemerkelsesverdig raskt, og ruller opp til 1500 basepar per sekund.

Funnene har omfanget til ikke bare å belyse en grunnleggende mekanisme for mitose og meiose, men kan også brukes til å kurere medisinske problemer knyttet til familien av proteiner som kondensin er en del av, kjent som SMC-proteiner. Som Dekker forklarer, kan dette hjelpe oss bedre å forstå hvordan vi kan bekjempe kreft:

"SMC-proteinene er avgjørende for organiseringen av kromosomer. Forstyrrelse av korrekt fordeling av kromosomalt materiale til datterceller er assosiert med kreft. Den grunnleggende forståelsen av SMC-proteinene ligger dermed i hjertet av å forstå de forstyrrende prosessene som fører til kreft. Mer spesifikt er mutasjoner i SMC-proteinene relatert til arvelige tilstander som Cornelia de Lange-syndrom."

Funnene fra Kavli Institute of Delft University og EMBL Heidelber publiseres i dag i tidsskriftet Science .

Bildekreditt: Cees Dekker Lab TU Delft/Scixel