Skrivnosti zanke DNK bi nam lahko dale prednost v boju proti raku

Kako celica zapakira svojo zmešnjavo genetskih podatkov v čiste kromosome za delitev? Navsezadnje je DNK v naših celicah dolga približno dva metra in se mora prilegati v jedro velikosti približno 1/50 zrna soli. Kako za vraga uredi ta zaplet, preden se razdeli na dvoje?

Nova raziskava je dobesedno osvetlila proces in posnela proteinski kompleks, imenovan kondenzin, ko vleče zanke iz DNK.

Prejšnje študije so teoretizirale, da kondenzin deluje kot majhen motor za ustvarjanje zank v DNK; ideja je, da veliko teh gub omogoča celici, da strni svoj genom za porazdelitev med hčerinskimi celicami. Vendar ta vloga do sedaj ni bila dokazana. Z izolacijo molekule DNK in njenim skrbnim usmerjanjem s kondenzinskim kompleksom pod mikroskopom so znanstveniki z inštituta Kavli Univerze v Delftu in EMBL Heidelber posneli delovanje beljakovine.

»Tehnika se morda zdi zelo enostavna ('Samo slikajte DNK in kondenzin'), vendar še zdaleč ni nepomembna,« je za Alphr povedal profesor Cees Dekker, vodja raziskovalne skupine na oddelku za bionanoznanost v Delftu . »DNK je treba posneti brez prevelike fotografske škode.

»Ko osvetlite DNK, da postane vidna, lahko ta svetloba povzroči tudi poškodbe (imenovane fotopoškodbe) in s tem zlomi DNK. To se je na primer zgodilo, ko smo pred osmimi leti začeli to raziskavo z bolj standardnim barvnim barvilom, ki bi v nekaj sekundah zarezalo in zlomilo DNK.«

Mahipal Ganji, postdoc v skupini Cees Dekker v Delftu, pojasnjuje, da je bil prvi korak v novem procesu slikanja fiksiranje dveh koncev molekule DNK na površino in pazljiv nanos barvnega barvila: »S nato uporabo toka v tekočini pravokotno na molekulo smo usmerili DNK v obliki črke U in jo postavili v goriščno ravnino našega mikroskopa. Neverjetno, potem smo lahko videli en sam kondenzin, ki se veže in začne ekstrudirati zanko."

Glej povezano 

Znanstveniki so uporabili CRISPR za shranjevanje GIF v DNK žive celice

Po besedah ​​Dekkerja posnetek "rešuje razpravo" o zmožnosti kondenzina, da tvori zanke v DNK. Ekipa je tudi opazila, da je navijanje asimetrično, pri čemer kondenzin vleče DNK samo z ene strani svoje zasidrane točke. Proces zanke potrebuje le skromno količino ATP za napajanje kondenzina, kar nakazuje, da proteinski kompleks ne vleče DNK bazo za bazo, ampak v velikih kosih. Majhen motorček to počne neverjetno hitro, z navijanjem do 1500 baznih parov na sekundo.

Ugotovitve ne samo pojasnjujejo temeljnega mehanizma mitoze in mejoze, temveč jih je mogoče uporabiti za pomoč pri zdravljenju zdravstvenih težav, povezanih z družino proteinov, katerih del je kondenzin, znanih kot proteini SMC. Kot pojasnjuje Dekker, bi nam to lahko pomagalo bolje razumeti, kako se boriti proti raku:

»Proteini SMC so ključni za organizacijo kromosomov. Motnje v pravilni porazdelitvi kromosomskega materiala v hčerinske celice so povezane z rakom. Osnovno razumevanje proteinov SMC je tako v središču razumevanja motečih procesov, ki vodijo do raka. Natančneje, mutacije v proteinih SMC so povezane z dednimi boleznimi, kot je sindrom Cornelia de Lange."

Ugotovitve Inštituta Kavli Univerze Delft in EMBL Heidelber so danes objavljene v reviji Science .

Avtor slike: Cees Dekker Lab TU Delft/Scixel