Kemikere opdager, hvordan celler skaber stabilitet under kritiske DNA-til-RNA-informationsoverførsler

I et betydeligt gennembrud har kemikere afsløret, hvordan celler opretholder stabilitet under en afgørende proces kaldet DNA-transkription, som involverer dannelsen af ​​messenger-RNA (mRNA) fra genetisk information kodet i DNA. Denne opdagelse kaster lys over de indviklede molekylære mekanismer, der sikrer nøjagtig informationsoverførsel i celler, et grundlæggende trin for korrekt genekspression og cellefunktion.

Forskningen, udført af et hold videnskabsmænd ledet af professor Hashim M. Al-Hashimi fra Duke University, fokuserede på en molekylær maskine kendt som RNA-polymerase, som fungerer som en master-regulator for transkription. Denne molekylære maskine læser den genetiske kode i DNA og bruger den som skabelon til at konstruere mRNA-molekyler, der bærer de genetiske instruktioner til andre dele af cellen til proteinsyntese.

En af udfordringerne under transkription er muligheden for, at RNA-polymerase glider eller går i stå, hvilket fører til fejl i mRNA-syntese og potentielt skadelige mutationer i cellens genetiske information. For at forhindre disse fejl anvender celler en sofistikeret korrekturlæsemekanisme, der involverer en region i RNA-polymerasen kendt som den "molekylære lineal".

Professor Al-Hashimi og hans team opdagede, at den molekylære lineal opnår sin nøjagtighed ikke ved præcis måling, men snarere gennem dynamiske konformationelle ændringer, der gør det muligt for RNA-polymerasen hurtigt at "fornemme", når transkriptionen forløber forkert. Denne fleksibilitet sikrer, at eventuelle fejl opdages og korrigeres, før de fører til permanente ændringer i mRNA-molekylet.

Forskerholdet brugte avancerede biofysiske teknikker, herunder enkeltmolekyle fluorescensresonansenergioverførsel (smFRET) og molekylær dynamiksimuleringer, for at afdække den molekylære lineals dynamiske natur og dens rolle i at opretholde transkriptionel troskab. Disse teknikker gav realtidsindsigt i de strukturelle ændringer, der opstår under transskription, og gjorde det muligt for forskerne at observere den molekylære lineal i aktion.

Resultaterne kaster nyt lys over det kritiske samspil mellem strukturel dynamik og biologisk funktion i cellulære processer, og afslører elegancen og præcisionen af ​​de molekylære mekanismer, som celler anvender for at sikre nøjagtighed i informationsoverførsel. Forståelse af disse mekanismer har potentielle implikationer i forståelsen og potentielt behandling af genetiske sygdomme og lidelser, der opstår som følge af fejl i DNA-til-RNA-transskription.

Undersøgelsen, offentliggjort i det prestigefyldte tidsskrift Nature, fremhæver vigtigheden af ​​tværfaglig forskning i grænsefladen mellem kemi, biologi og fysik for at fremme vores forståelse af komplekse cellulære processer. Ved at afsløre hemmelighederne bag cellulær informationsoverførsel fortsætter forskerne med at bane vejen for innovative tilgange inden for genetik, hvilket åbner nye veje for sygdomsdiagnose og behandling.