Zdjęcie: Adobe Stock
Czy DNA w jądrze komórkowym pozostaje nieruchome, podczas gdy cząsteczki RNA krążą wokół niego, aby transkrybować geny? Zaskakująco, rzeczywistość jest odwrotna! To DNA jest w ruchu. Ten dynamiczny ruch jest niezbędny, aby uniknąć splątania w jądrze komórkowym, jak twierdzi zespół polsko-brytyjskich badaczy.
DNA przypomina długi zwój papirusu zawierający instrukcje dotyczące białek i RNA. Aby uzyskać dostęp do tych informacji, wyspecjalizowany „czytelnik”, znany jako polimeraza RNA, musi przejrzeć zwój, dekodując dane i wytwarzając coraz bardziej wydłużony, nitkowaty wynik — RNA, który służy jako plan syntezy białek.
Historycznie, powszechnie uważano, że polimerazy – silniki odpowiedzialne za przepisywanie genów do RNA – poruszały się wokół stabilnego DNA. Jednak w jądrze komórkowym może być obecnych kilka tysięcy tych czytników jednocześnie, przy czym jeden kluczowy gen jest transkrybowany przez wiele polimeraz jednocześnie.
Jednak DNA – jak ustalono od czasów Franklina, Watsona i Cricka – istnieje jako skręcona podwójna helisa. Czy zatem te czytniki kręcą się wokół zwoju DNA, każdy ciągnąc za sobą własne długie nici RNA, które mogą rozciągać się na tysiące znaków? Jeśli tak, każdy RNA wytwarzany w komórce obracałby się z szybkością czterech obrotów na sekundę. Ten scenariusz jest nieprawdopodobny!
Każdy, kto zna worek splątanych kabli, rozumie, jak łatwo długie, cienkie przedmioty mogą się zaplątać i ile wysiłku potrzeba, aby je rozplątać… Odrobina wyobraźni ujawnia, że model polimeraz krążących wokół DNA nie ma logicznego sensu! Natura musiała wymyślić bardziej inteligentne rozwiązanie.
Najnowsze badania – opublikowane w „Cell Reports” – skłaniają nas do zrewidowania naszego rozumienia aktywności komórkowej w każdej żywej komórce z jądrem: „Ekspresja genów wymaga obrotu. Wykazaliśmy, że DNA się obraca, a obrót ten jest napędzany przez silniki molekularne pracujące równolegle w celu wykonania transkrypcji. Byłoby nielogiczne, aby się obracały” – podsumował dr Tomasz Turowski, kierownik Pracowni Mechanizmów Transkrypcyjnych w Instytucie Biochemii i Biofizyki PAN, w wywiadzie dla PAP.
Wyobraź sobie okrągły wieszak na ubrania w sklepie: możesz sam wokół niego chodzić. Alternatywnie możesz pozostać nieruchomo i kręcić wieszakiem jak karuzelą, pozwalając, aby wszystkie ubrania przechodziły obok Ciebie sekwencyjnie. Ta druga metoda jest szczególnie skuteczna, gdy przy wieszaku jest wiele osób, które również go kręcą. Po uruchomieniu wieszak obraca się i zamiast lawirować między półkami, musisz jedynie zsynchronizować swoje tempo z innymi przeglądającymi ubrania.
Polsko-brytyjskie badanie dostarcza dowodów na to, że obrót DNA jest wynikiem zsynchronizowanej aktywności polimeraz. Dr hab. Tomasz Turowski wyjaśnia, że skręcenie nici DNA łączy funkcje polimeraz w skoordynowaną grupę, umożliwiając im współpracę.
Kotwice, które zabezpieczają RNA w pozycji, to produkty, które generuje – RNA. Modele wskazują, że jeśli ten ładunek zostanie odcięty, rotacja DNA zwalnia. „Tradycyjnie uważano, że maszyny produkujące RNA, czyli polimerazy RNA, działają niezależnie, ale najnowsze odkrycia ujawniają, że w przypadku genów rDNA ich aktywność jest synchronizowana poprzez zjawisko sprzężenia za pośrednictwem obrotu DNA. W ten sposób prezentujemy nową perspektywę funkcjonowania genu” – wyjaśnia.
Gdy ta zsynchronizowana grupa zatrzymuje się, precyzyjne cięcie nowo utworzonego RNA prowadzi do zatrzymania polimeraz i cofnięcia, co jest kluczowe dla kontroli jakości wytworzonych cząsteczek. Ponadto wadliwe lub zablokowane segmenty RNA są oznaczane krótką sekwencją, co pozwala na ich eliminację przez mechanizmy naprawcze komórki.
Wcześniej uważano, że procesy syntezy białek i kontroli jakości zachodzą sekwencyjnie. Nowe odkrycie wskazuje, że procesy te mogą bezpośrednio na siebie wpływać.
Ludwik Tomal (PAP)
Nauka w Polsce
lt/ pasek/
