Wielkie odkrycie w genetyce. Naukowcy zrozumieli jeden z sekretów DNA

Zespół naukowców z Polski i Wielkiej Brytanii przeprowadził badania, które zrewidowały dotychczasową wizję tego, co dzieje się w komórkach. Ich odkrycie, opublikowane w czasopiśmie „Cell Reports”, zmienia dotychczasowe pojęcie o mechanizmach transkrypcji genów.

DNA jako długi zwój informacji

DNA jest niczym długi zwój papirusu, na którym zapisane są instrukcje dotyczące produkcji białek i RNA.
By wydobyć z niego informacje, komórki używają specjalnych „czytników” – polimeraz RNA.

Cząsteczki te są odpowiedzialne za przepisanie sekwencji DNA na cząsteczkę RNA, która pełni rolę instrukcji do produkcji białek. To jeden z najistotniejszych procesów biologicznych w każdej komórce.

Zgodnie z dotychczasowym modelem, wyobrażaliśmy sobie, że polimerazy RNA przetaczają się po „nieruchomym” DNA, przekształcając zapisane informacje w formę RNA.

Cząsteczki RNA powstają w sposób sekwencyjny, jakby były produktem taśmy produkcyjnej, a sama polimeraza przesuwa się wzdłuż nici DNA, tworząc coraz dłuższe fragmenty RNA. Jednym z kluczowych elementów tego procesu jest równoczesne działanie wielu polimeraz RNA, które odczytują geny w sposób równoległy i często synchronizowany.

Obrotowy model DNA

Nowe badania rzucają zupełnie inne światło na ten mechanizm.

Dr Tomasz Turowski, kierownik Pracowni Mechanizmów Transkrypcji w Instytucie Biochemii i Biofizyki PAN, wraz ze swoim zespołem wykazali, że to nie RNA wykonuje ruch wokół DNA, ale wręcz przeciwnie – to DNA się obraca.

„W procesie ekspresji genów niezbędny jest obrót. Pokazujemy, że to DNA się obraca, a obrót ten wywołują działające jednocześnie silniki molekularne, które dokonują transkrypcji. To bez sensu, żeby one się obracały” – mówi dr Turowski w rozmowie z PAP.

Na czym polega ten obrót? Można to porównać do sytuacji, w której wieszak z ubraniami jest obracany przez kilka osób, zamiast każdej z nich przemieszczać się do każdego ubrania z osobna. Tak samo jak w tym przypadku, synchronizacja ruchów osób przy wieszaku sprawia, że obrót ułatwia dostęp do ubrań, a nie tworzy chaosu.

W kontekście DNA oznacza to, że wiele cząsteczek polimerazy RNA może działać równocześnie, ale w sposób skoordynowany, co umożliwia swobodny przepływ informacji z DNA do RNA. Obrót nici DNA nie jest przypadkowy. Zespół Turowskiego udowodnił, że ten ruch jest kluczowy dla prawidłowego funkcjonowania procesu transkrypcji.

Synchronizacja silniczków molekularnych

Kluczowym odkryciem tych badań jest wykazanie, że ruch obrotowy DNA jest wynikiem współdziałania wielu polimeraz RNA.
Zespół badaczy wykazał, że te molekularne silniczki nie działają na zasadzie niezależnych jednostek, jak wcześniej sądzono, lecz ich ruch jest zsynchronizowany.

„Tradycyjnie uważano, że maszyny produkujące RNA, czyli polimerazy RNA, działają niezależnie, jednak najnowsze badania ujawniają, że na genach rDNA ich działanie jest zsynchronizowane dzięki zjawisku sprzężenia przez obroty DNA. Pokazujemy więc nowy sposób myślenia o genach” – wyjaśnia dr Turowski w rozmowie z PAP.

Zwykle, gdy proces produkcji RNA zostaje zakłócony, na przykład przez wady w samej cząsteczce RNA, synchronizacja obrotów DNA umożliwia precyzyjne „wycofanie” polimeraz, co pozwala na przeprowadzenie niezbędnej korekty. To zmienia naszą dotychczasową koncepcję o tym, jak odbywa się produkcja RNA i kontrola jakości.

Rola obracającego się DNA w kontroli jakości

Nowe odkrycie podkreśla także związek między procesem produkcji RNA a kontrolą jakości tego RNA.
Dotychczas sądzono, że produkcja białek i kontrola jakości RNA to procesy oddzielone czasowo. Jednak w świetle nowych badań okazuje się, że te procesy mogą wpływać na siebie bezpośrednio.

Gdy polimerazy RNA przestają działać synchronizowanie, ich zatrzymanie skutkuje cięciem cząsteczek RNA, co pozwala na usunięcie wadliwych fragmentów przed ich dalszym wykorzystaniem. Ta precyzyjna kontrola jest kluczowa dla zapewnienia jakości wszystkich białek produkowanych przez komórki.

Przyszłość badań nad molekularnymi silniczkami

Choć odkrycie, że DNA jest w ruchu, stanowi przełom w zrozumieniu procesów komórkowych, badacze zauważają, że jest to dopiero początek dalszych badań. Istnieje wiele aspektów tego procesu, które pozostają jeszcze do wyjaśnienia. Na przykład, jak dokładnie polimerazy RNA synchronizują swoje ruchy, jakie mechanizmy są odpowiedzialne za zatrzymywanie tego ruchu w przypadku uszkodzeń RNA i jak to wpływa na długoterminowe zdrowie komórek.

Czytaj też:
„Zagadka swoich czasów”. Czy to zaginiony niemiecki książę? Naukowcy wpadli na trop