Tajomstvo DNA Looping by nám mohlo dať navrch v boji proti rakovine

Ako bunka zabalí svoju spleť genetických údajov do úhľadných chromozómov na delenie? DNA v našich bunkách má koniec koncov asi dva metre na dĺžku a musí sa zmestiť do jadra s veľkosťou približne 1/50 veľkosti zrnka soli. Ako to, preboha, usporiada tú spleť pred rozdelením na dve časti?

Nový výskum vrhol na tento proces doslovné svetlo a nafilmoval proteínový komplex nazývaný kondenzín, ktorý čerpá slučky z DNA.

Predchádzajúce štúdie teoretizovali, že kondenzín pôsobí ako malý motor na vytváranie slučiek v DNA; myšlienkou je, že mnohé z týchto záhybov umožňujú bunke zhutniť svoj genóm na distribúciu medzi dcérskymi bunkami. Doteraz však táto úloha nebola preukázaná. Vedci z Kavli Institute of Delft University a EMBL Heidelber nafilmovali proteín v akcii pomocou izolácie molekuly DNA a jej starostlivej orientácie pomocou kondenzínového komplexu pod mikroskopom.

„Táto technika sa môže zdať veľmi jednoduchá („Stačí si predstaviť DNA a kondenzát“), ale nie je ani zďaleka triviálna,“ hovorí profesor Cees Dekker, vedúci výskumnej skupiny na oddelení bionanovedy v Delfte pre Alphr . "Je potrebné zobraziť DNA bez prílišného poškodenia fotografií.

„Keď zasvietite svetlom na DNA, aby ste ju zviditeľnili, toto svetlo môže tiež spôsobiť poškodenie (nazývané fotopoškodenie), a teda zlomiť DNA. Stalo sa to napríklad, keď sme pred ôsmimi rokmi začali s týmto výskumom so štandardnejším farebným farbivom, ktoré by zlomilo a zlomilo DNA v priebehu niekoľkých sekúnd.“

Mahipal Ganji, postdoktor v skupine Cees Dekker v Delfte, vysvetľuje, že prvým krokom v novom zobrazovacom procese bolo upevnenie dvoch koncov molekuly DNA na povrch a starostlivé nanesenie farebného farbiva: „Potom aplikovaním prúdenia v tekutine kolmo na molekulu sme DNA orientovali do tvaru U a priviedli ju do ohniskovej roviny nášho mikroskopu. Úžasne sme potom mohli vidieť, ako sa jediný kondenzín naviaže a začne vytláčať slučku.

Pozri súvisiace 

Vedci použili CRISPR na uloženie GIF do DNA živej bunky

Podľa Dekkera zábery „urovnávajú debatu“ o schopnosti kondenzínu vytvárať slučky v DNA. Tím tiež pozoroval, že navíjanie je asymetrické, pričom kondenzín ťahá DNA iba z jednej strany svojho ukotveného bodu. Proces cyklovania vyžaduje len malé množstvo ATP na poháňanie kondenzínu, čo naznačuje, že proteínový komplex neťahá bázu DNA po bázi, ale vo veľkých kusoch. Malý motor to robí pozoruhodne rýchlo a navíja až 1 500 párov báz za sekundu.

Zistenia majú priestor nielen na objasnenie základného mechanizmu mitózy a meiózy, ale môžu sa použiť aj na pomoc pri liečbe zdravotných problémov spojených s rodinou proteínov, ktorých súčasťou je kondenzín, známych ako proteíny SMC. Ako vysvetľuje Dekker, mohlo by nám to pomôcť lepšie pochopiť, ako bojovať proti rakovine:

"Proteíny SMC sú kľúčové pre organizáciu chromozómov." Narušenie správnej distribúcie chromozomálneho materiálu do dcérskych buniek je spojené s rakovinou. Základné pochopenie SMC proteínov teda leží v srdci pochopenia rušivých procesov, ktoré vedú k rakovine. Presnejšie povedané, mutácie v proteínoch SMC súvisia s dedičnými stavmi, ako je syndróm Cornelia de Lange.

Zistenia z Kavli Institute of Delft University a EMBL Heidelber sú dnes publikované v časopise Science .

Obrazový kredit: Cees Dekker Lab TU Delft/Scixel