Định hình bộ gen để phân chia tế bào

Tế bào của chúng ta thực hiện một kỹ thuật kỳ diệu khi đóng gói thông tin vào các không gian nhỏ. Mỗi khi một tế bào phân chia, nó sẽ đóng gói 4 mét DNA tuyệt vời thành 46 gói nhỏ, mỗi gói chỉ dài vài phần triệu mét. Các nhà nghiên cứu từ EMBL Heidelberg và Julius-Maximilians-Universität Würzburg hiện đã phát hiện ra cách một họ protein vận động DNA thành công trong việc đóng gói các chuỗi DNA được sắp xếp lỏng lẻo thành các nhiễm sắc thể riêng lẻ nhỏ gọn trong quá trình phân chia tế bào.

Các nhà nghiên cứu đã nghiên cứu condensin, một phức hợp protein quan trọng đối với quá trình hình thành nhiễm sắc thể. Mặc dù khu phức hợp này đã được phát hiện cách đây hơn ba thập kỷ, nhưng phương thức hoạt động của nó phần lớn vẫn chưa được khám phá. Vào năm 2018, các nhà nghiên cứu từ nhóm Häring tại EMBL Heidelberg và các cộng sự của họ đã chỉ ra rằng các phân tử condensin tạo ra các vòng lặp của DNA, điều này có thể giải thích cách các nhiễm sắc thể được hình thành. Tuy nhiên, hoạt động bên trong mà phức hợp protein đạt được kỳ tích này vẫn chưa được biết đến.

Christian Häring, nguyên Trưởng nhóm tại EMBL Heidelberg và hiện là Giáo sư tại Julius-Maximilians-Universität Würzburg.

Thông qua các thí nghiệm được thiết kế tỉ mỉ, một số thí nghiệm liên quan đến việc quan sát và thao tác các phân tử condensin đơn lẻ trong quá trình hình thành các vòng DNA, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra cách các phần khác nhau của phức hợp hoạt động chung như một cỗ máy phân tử: một phần giữ DNA ổn định, giống như một mỏ neo, trong khi mỏ neo kia hoạt động như một động cơ di chuyển DNA về phía trước, do đó tạo ra một vòng lặp rộng.

Giống như các protein vận động khác, condensin thực hiện 'các bước' dọc theo DNA, đốt cháy năng lượng tế bào dưới dạng ATP trong khi làm như vậy. Tuy nhiên, các bước này dài hơn 500 lần so với các bước được thực hiện bởi các protein vận động DNA khác, mặc dù lượng năng lượng được sử dụng gần như tương đương nhau. Indra Shaltiel, tác giả đầu tiên của nghiên cứu cho biết: “Nó giống như một công thức một xe đua với hiệu suất năng lượng của một chiếc xe đạp điện tử.

Sebastian Eustermann, Trưởng nhóm tại EMBL Heidelberg và là tác giả cao cấp của nghiên cứu đăng trên Science , cho biết: “Những tiến bộ trong kỹ thuật hiển vi điện tử lạnh cho phép chúng tôi hình dung cơ chế phức tạp này một cách chi tiết chưa từng có” . "Chúng tôi có thể nắm bắt hoạt động của condensin và rút ra một biên tập phân tử về cách ATP cung cấp năng lượng cho hoạt động vận động của nó - một bước quan trọng để hiểu sự hình thành vòng lặp DNA. Các vòng lặp tương tự và các máy móc phân tử liên quan tham gia vào các quá trình gen đa dạng, bao gồm cả việc kiểm soát cách gen bật và tắt giữa các lần phân chia tế bào. Do đó, phát hiện của chúng tôi có thể có ý nghĩa rộng hơn. "

Condensins thuộc một trong những họ protein nhiễm sắc thể cổ đại tiến hóa nhất. Do đó, việc phát hiện ra cơ chế mới này đã mở ra một lĩnh vực nghiên cứu hoàn toàn mới.

Häring cho biết: “Các thành viên của lớp protein vận động condensin thuộc về có lẽ rất cần thiết cho mọi sự sống trên trái đất. "Rõ ràng là chúng tôi chỉ mới bắt đầu hiểu vai trò của họ và cách họ có thể bị ảnh hưởng trong điều kiện của con người."

Nguồn Phòng thí nghiệm Sinh học Phân tử Châu Âu