Zdjęcie: Adobe Stock
Czy DNA w jądrze komórkowym pozostaje nieruchome, podczas gdy cząsteczki RNA krążą wokół niego, aby przepisać geny? Zaskakująco, jest odwrotnie! DNA jest tym, co się porusza. Ta dynamika jest niezbędna, aby zapobiec splątaniu w jądrze – twierdzi zespół polsko-brytyjskich badaczy.
DNA przypomina długi zwój papirusu zawierający instrukcje dotyczące białek i RNA. Aby uzyskać dostęp do tych informacji, musi go przejrzeć konkretny „czytelnik” – polimeraza RNA, która interpretuje dane i następnie emituje coraz dłuższy, cienki łańcuch – RNA, służący jako wskazówki do syntezy białek.
Wcześniej powszechnie zakładano, że polimerazy – silniki odpowiedzialne za przepisywanie materiału genetycznego na RNA – poruszają się po statycznej strukturze DNA. Jednak w dowolnym momencie w jądrze obecne są tysiące tych czytników, a kluczowy gen może być transkrybowany przez kilkadziesiąt polimeraz jednocześnie.
Jednak, jak ustalili Franklin, Watson i Crick, DNA jest zbudowane jako skręcona podwójna helisa. Czy ci czytelnicy kręcą się wokół zwoju DNA, ciągnąc swoje własne zwoje, z których niektóre rozciągają się na tysiące znaków? Gdyby tak było, każdy RNA wytworzony w komórce obracałby się z prędkością 4 obrotów na sekundę. Ta koncepcja jest bezsensowna!
Każdy, kto zna worek splątanych kabli, rozumie, jak łatwo długie, cienkie przedmioty mogą się zaplątać i ile energii potrzeba, aby je rozplątać… Wystarczy uruchomić wyobraźnię, aby zdać sobie sprawę, że model polimeraz krążących wokół DNA jest niewiarygodny! Natura musiała wymyślić bardziej inteligentne rozwiązanie.
Najnowsze badania – opublikowane w „Cell Reports” – skłaniają do ponownej oceny naszego rozumienia aktywności komórkowej we wszystkich komórkach jądrzastych: „Ekspresja genów wymaga obrotu. Wykazaliśmy, że DNA obraca się, a ten ruch jest napędzany przez działające równolegle silniki molekularne, które ułatwiają transkrypcję. 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 go obejść lub możesz pozostać nieruchomo i obracać wieszakiem jak karuzelą, pozwalając, aby każdy element garderoby przechodził przed tobą. Ta druga metoda jest szczególnie skuteczna, gdy przy wieszaku znajduje się wiele osób, które również go obracają. Gdy wieszak jest w ruchu, obraca się płynnie i nie musisz poruszać się między półkami; zamiast tego po prostu synchronizujesz tempo przeglądania z innymi.
Polsko-brytyjskie badanie dostarcza dowodów na to, że rotacja DNA jest wynikiem zsynchronizowanych polimeraz. Dr hab. Tomasz Turowski wyjaśnia, że wirowanie nici DNA organizuje aktywność polimeraz w skoordynowaną grupę, umożliwiając ich współpracę.
Kotwice, które zabezpieczają RNA, to produkty, które generuje – RNA. Modele wskazują, że jeśli ten ładunek zostanie usunięty, rotacja DNA zmniejszy się. „Tradycyjnie uważano, że maszyny produkujące RNA, czyli polimerazy RNA, działają niezależnie, ale ostatnie odkrycia ujawniają, że ich aktywność na genach rDNA jest zsynchronizowana poprzez zjawisko sprzężenia, które umożliwia obrót DNA. W ten sposób wprowadzamy nową perspektywę na funkcję genu” – wyjaśnia.
Gdy ta skoordynowana grupa się zatrzymuje, precyzyjne cięcie nowo utworzonego RNA powoduje, że polimerazy zatrzymują się i cofają, co jest kluczowe dla zapewnienia 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 synteza białek i kontrola jakości zachodzą sekwencyjnie. Nowe odkrycie wskazuje, że procesy te mogą bezpośrednio na siebie wpływać.
Ludwik Tomal (PAP)
Nauka w Polsce
lt/ pasek/
