Forskere opdager, at gener styres af nanofodbolde

Forskning ved University of York har afsløret, at gener er styret af 'nano-fodbolde' - strukturer, der ligner fodbolde, men 10 millioner gange mindre end den gennemsnitlige bold.

Ved at placere bittesmå glødende prober på transkriptionsfaktorer – specielle kemikalier inde i celler, som styrer, om et gen er tændt eller slukket – fik forskerne en bemærkelsesværdig ny indsigt i den måde, generne styres på.

Afgørende, de opdagede, at transkriptionsfaktorer ikke fungerer så enkeltstående molekyler, som man tidligere troede, men som en sfærisk fodboldlignende klynge på omkring syv til ti molekyler på omkring 30 nanometer i diameter.

Opdagelsen af ​​disse nanofodbolde vil ikke kun hjælpe forskere med at forstå mere om de grundlæggende måder, hvorpå gener fungerer, men kan også give vigtig indsigt i menneskers sundhedsproblemer forbundet med en række forskellige genetiske lidelser, herunder kræft.

Forskningen, støttet af Biotechnology and Biological Sciences Research Council (BBSRC) og udgivet i eLife blev udført af forskere fra University of York, og Göteborgs Universitet og Chalmers Tekniske Universitet, Sverige. Forskerne brugte avanceret superopløsningsmikroskopi til at se på nanofodboldene i realtid, ved at bruge samme type gærceller, der bruges til bagning og brygning af øl.

Professor Mark Leake, formand for Biologisk Fysik ved University of York, der ledede arbejdet, sagde:"Vores evne til at se inde i levende celler, et molekyle ad gangen, er simpelthen betagende.

"Vi anede ikke, at vi ville opdage, at transkriptionsfaktorer fungerede på denne klyngede måde. Lærebøgerne foreslog alle, at enkelte molekyler blev brugt til at tænde og slukke for gener, ikke disse skøre nano-fodbolde, som vi observerede."

Holdet mener, at klyngeprocessen skyldes en genial strategi for cellen for at tillade transkriptionsfaktorer at nå deres målgener så hurtigt som muligt.

Professor Leake sagde:"Vi fandt ud af, at størrelsen af ​​disse nano-fodbolde er en bemærkelsesværdig tæt match med hullerne mellem DNA'et, når det er skruet sammen inde i en celle. Da DNA'et inde i en kerne virkelig presses ind, du får små mellemrum mellem separate DNA-strenge, som er som nettet i et fiskenet. Størrelsen på dette mesh er virkelig tæt på størrelsen af ​​de nano-fodbolde, vi ser.

"Det betyder, at nanofodbolde kan rulle langs DNA-segmenter, men derefter hoppe til et andet nærliggende segment. Dette gør det muligt for nanofodbolden at finde det specifikke gen, den styrer meget hurtigere, end hvis ingen nanohopning var mulig. Med andre ord, celler kan reagere så hurtigt som muligt på signaler udefra, hvilket er en enorm fordel i kampen for overlevelse."

Gener er lavet af DNA, det såkaldte livsmolekyle. Siden opdagelsen af, at DNA har en dobbelt helixform, lavet i 1950'erne af banebrydende biofysikforskere, meget er blevet lært om transkriptionsfaktorer, som kan styre, om et gen er tændt eller slukket. Hvis et gen er tændt, specialiserede molekylære maskineri i cellen aflæser dens genetiske kode og omdanner den til et enkelt proteinmolekyle. Der kan så laves tusindvis af forskellige typer proteinmolekyler, og når de interagerer, kan det drive opbygningen af ​​alle de bemærkelsesværdige strukturer, der findes inde i levende celler.

Processen med at kontrollere, hvilke gener der tændes eller slukkes på et bestemt tidspunkt er grundlæggende for alt liv. Når det går galt, dette kan føre til alvorlige helbredsproblemer. I særdeleshed, dysfunktionel omskiftning af gener kan resultere i celler, der vokser og deler sig ukontrolleret, som i sidste ende kan føre til kræft.

Denne nye forskning kan hjælpe med at give indsigt i menneskers sundhedsproblemer forbundet med en række forskellige genetiske lidelser. De næste trin vil være at udvide denne forskning til mere komplicerede celletyper end gær - og i sidste ende til menneskelige celler.