Zdjęcie: Adobe Stock
Czy to prawda, że DNA w jądrze komórkowym pozostaje nieruchome, podczas gdy cząsteczki RNA krążą wokół niego, aby transkrybować geny? Zaskakująco, rzeczywistość jest zupełnie odwrotna! To w rzeczywistości DNA jest w ruchu. Ten dynamiczny ruch jest niezbędny, aby zapobiec splątaniu w jądrze, jak twierdzi zespół polskich i brytyjskich naukowców.
Wyobraź sobie DNA jako długi zwój papirusu zawierający instrukcje dotyczące białek i RNA. Aby wyodrębnić niezbędne informacje, wyspecjalizowany „czytelnik” znany jako polimeraza RNA musi poruszać się po nim, dekodując dane i stale produkując dłuższy, delikatny łańcuch — RNA, który służy jako plan syntezy białek.
Wcześniej powszechnie zakładano, że polimerazy – maszyny odpowiedzialne za przepisywanie zawartości genu do RNA – przechodzą przez stabilną strukturę DNA. Jednak w dowolnym momencie w jądrze komórkowym znajduje się kilka tysięcy takich czytników, a kluczowy gen może być jednocześnie zaangażowany przez liczne polimerazy.
Jednak, jak wiemy od odkryć Franklina, Watsona i Cricka, DNA jest ustrukturyzowane jako skręcona podwójna helisa. Czy zatem ci czytelnicy kręcą się wokół zwoju DNA, ciągnąc swoje długie nici, które mogą mieć kilka tysięcy znaków? Gdyby tak było, każdy RNA wytworzony w komórce musiałby obracać się z oszałamiającą prędkością czterech obrotów na sekundę, co wydaje się nielogiczne!
Każdy, kto miał do czynienia z plątaniną kabli, rozumie, jak łatwo długie, cienkie przedmioty się plączą i jak wiele wysiłku potrzeba, aby je rozplątać… Wystarczy wyobrazić sobie ten scenariusz, aby zrozumieć, że model polimeraz biegających wokół DNA jest niepraktyczny! Natura musiała wymyślić bardziej inteligentne rozwiązanie.
Teraz, w świetle ostatnich odkryć opublikowanych w „Cell Reports”, musimy zrewidować naszą wiedzę na temat procesów komórkowych we wszystkich komórkach eukariotycznych: „Podczas ekspresji genów obrót jest niezbędny. Wykazaliśmy, że DNA obraca się, a obrót ten jest napędzany przez silniki molekularne działające jednocześnie, aby ułatwić transkrypcję. Byłoby nielogiczne, aby to one się obracały” – podsumował dr Tomasz Turowski, kierownik Pracowni Mechanizmów Transkrypcyjnych w Instytucie Biochemii i Biofizyki PAN, w rozmowie z PAP.
Rozważ okrągły wieszak na ubrania w sklepie: możesz chodzić wokół niego sam lub pozostać nieruchomo i obracać wieszakiem jak karuzelą, pozwalając, aby wszystkie ubrania przechodziły przed Tobą sekwencyjnie. Ta druga metoda jest szczególnie skuteczna, gdy przy wieszaku znajduje się wiele osób, które przyczyniają się do jego obrotu. Gdy wieszak zaczyna się obracać, obraca się sam, umożliwiając Ci przeglądanie ubrań bez konieczności przeciskania się między półkami, po prostu dostosowując swoje tempo do innych.
Polsko-brytyjskie badanie dostarcza dowodów na to, że rotacja DNA jest wynikiem synchronizacji polimeraz. Dr hab. Tomasz Turowski wyjaśnia, że ta rotacja DNA wyrównuje aktywność polimeraz w skoordynowany konwój, ułatwiając ich współpracę.
Kotwice, które utrzymują RNA na miejscu, to produkty, które generuje – RNA. Modele sugerują, że jeśli ten ładunek zostanie usunięty, DNA spowalnia swój obrót. „Tradycyjnie uważano, że maszyny produkujące RNA, czyli polimerazy RNA, działają niezależnie; jednak ostatnie badania ujawniają, że w przypadku genów rDNA ich aktywność jest zsynchronizowana poprzez zjawisko sprzężenia za pośrednictwem obrotu DNA. W ten sposób wprowadzamy nową perspektywę na funkcjonalność genu” – wyjaśnia.
Gdy ten zsynchronizowany konwój zostaje przerwany, precyzyjne cięcie nowo syntetyzowanego RNA powoduje zatrzymanie i cofnięcie polimeraz, co jest krytycznym krokiem w celu zapewnienia jakości wytworzonych cząsteczek. Ponadto błędne lub zablokowane fragmenty RNA są oznaczane krótką sekwencją, umożliwiając ich usunięcie przez mechanizmy naprawcze komórki.
Wcześniej uważano, że procesy syntezy białek i kontroli jakości zachodzą sekwencyjnie. Nowe odkrycia wskazują, że procesy te mogą bezpośrednio na siebie wpływać.
Ludwik Tomal (PAP)
Nauka w Polsce
lt/ pasek/
