Mokslininkai atskleidžia, kaip transkripcijos faktorių lašeliai kartu nuskaito DNR sritis, kad įjungtų genus

Gyvenimas prasideda nuo vienos ląstelės. Kai organizmas vystosi, besidalijančios ląstelės specializuojasi suformuodamos įvairius audinius ir organus, kurie formuoja suaugusiojo kūną, išsaugant tą pačią genetinę medžiagą, esančią mūsų DNR.

Vykstant procesui, vadinamam transkripcija, DNR dalys – genai ¬ – nukopijuojamos į pasiuntinio molekulę – ribonukleino rūgštį (RNR), kuri neša informaciją, reikalingą baltymams, gyvybės statybiniams blokams, gaminti. Skaitomos ir transkribuojamos mūsų DNR dalys lemia mūsų ląstelių likimą. DNR skaitytojai yra baltymai, vadinami transkripcijos faktoriais: jie jungiasi prie konkrečių DNR vietų ir suaktyvina transkripcijos procesą. Lieka atviras klausimas, kaip jie atpažįsta, prie kurios DNR vietos jiems reikia prisijungti ir kaip jos skiriasi nuo kitų atsitiktinių surišimo vietų genome. Drezdene įsikūrusio Maxo Plancko molekulinių ląstelių biologijos ir genetikos instituto (MPI-CBG) ir Maxo Plancko kompleksinių sistemų fizikos instituto (MPI-PKS) mokslininkai rodo, kad tūkstančiai atskirų transkripcijos faktorių susijungia ir sąveikauja. vienas su kitu. Jie kartu sudrėkina DNR paviršių, sudarydami skysčio lašelius, kurie gali identifikuoti surišimo vietų grupes DNR paviršiuje.

Transkripcija, vienas iš svarbiausių ląstelių procesų, yra veiksmas, kurio metu DNR esanti informacija yra transkribuojama į pasiuntinio molekulės RNR. Vėliau ši „žinutė“ paverčiama baltymais. Norint tinkamai vystytis ir palaikyti organizmo sveikatą, labai svarbu nuspręsti, kurios DNR dalys bus transkribuojamos bet kuriuo momentu, nes, kai genetinės programos nėra tinkamai vykdomos, gali atsirasti daug ligų. Sprendimą, kurie genai transkribuoti, priima sudėtingas reguliuojančių baltymų tinklas, vadinamas transkripcijos faktoriais. Nors šie veiksniai jungiasi prie trumpų DNR sekų, norint įjungti netoliese esančius genus, reikia atpažinti daugelio tokių sekų grupes.

Stephano Grillo ir Anthony Hymano, abiejų MPI-CBG direktorių, ir Franko Jülicherio, MPI-PKS direktoriaus, tyrimų grupės tyrė savo naujausią tyrimą žurnale. Gamtos fizika kaip transkripcijos faktoriai randa ir atpažįsta daugelio specifinių DNR sekų grupes, kur jos gali susijungti ir paskatinti genų aktyvavimą. Norėdami tai išsiaiškinti, mokslininkai laikėsi tarpdisciplininio požiūrio, derindami eksperimentinės ir teorinės biofizikos žinias su ląstelių biologija.

Mes panaudojome optinius pincetus – technologiją, kuri naudoja lazerius labai mažiems objektams, pvz., atskiroms DNR molekulėms, izoliuoti ir manipuliuoti, kartu su konfokaline mikroskopija, kad būtų galima apžiūrėti juos atskirai. Optiniais pincetais galima užfiksuoti vieną DNR molekulę, o konfokalinės mikroskopijos pagalba galime stebėti transkripcijos faktorius, kurie jungiasi ir formuoja baltymų kondensatus pageidaujamose DNR sekose. Tai, kad mes galime tyrinėti šį procesą viena molekule, leido mums aptikti sąveiką, kurią kitaip neryškina gyvos ląstelės sudėtingumas.

Jose A. Morin, pirmasis autorius

Sina Wittmann, kita pirmoji autorė, priduria: “Padedant fizikams, mums pavyko suprasti, kaip transkripcijos faktoriai bendrauja tarpusavyje ir susijungia komandoje. Jie patiria vadinamąjį išankstinį drėkinimą, kad susidarytų į skystį panašūs lašeliai, kurie yra panašūs į lašus ant veidrodžio vonios kambaryje po dušo. Šie kondensatai užpildyti tūkstančiais transkripcijos faktorių. Taip surinkti transkripcijos faktoriai dabar gali nustatyti tinkamą DNR sritį, nuskaitydami DNR seką.”

Stephanas Grillas apibendrina: „Dabar turime galimą mechaninį transkripcijos faktorių lokalizacijos genome paaiškinimą. Tai būtina norint suprasti, kaip reguliuojama genų ekspresija. Kadangi žinome, kad šis reglamentas pažeidžia vystymosi ligas ir vėžį, šie nauji rezultatai suteikia mums aiškesnį vaizdą apie tai, kaip šios ligos atsiranda. Šios žinios yra svarbios norint galvoti apie naujas gydymo galimybes, kuriose atsižvelgiama į transkripcijos veiksnių komandinį darbą.