Badanie: DNA obraca się dzięki wspólnej pracy komórkowych "silniczków"

DNA jest jak długi zwój papirusu z przepisami na białka i RNA. Żeby wydobyć z niego informację, trzeba wzdłuż niego przejechać specjalnym "czytnikiem" - polimerazą RNA, która odkodowuje informację i automatycznie wypluwa coraz dłuższy, cienki jak nitka paragon - RNA, czyli instrukcję produkcji białka.

Dotąd wyobrażano sobie zwykle, że po statecznym DNA biegają polimerazy - "silniczki", które przepisują zawartość genów na RNA. Ale takich czytaczy jest w jednej chwili w jądrze komórkowym kilkanaście tysięcy, a jakiś bardzo ważny gen odczytywać może naraz nawet kilkadziesiąt polimeraz.

A przecież DNA - wiemy to od czasów Franklin, Watsona i Cricka - to skręcona podwójna helisa. Powstaje więc pytanie, czy "czytacze" okrążają zwój DNA, ciągnąc za sobą coraz dłuższe własne zwoje z "rachunkami" długimi nawet na kilka tysięcy znaków. W takiej sytuacji każde RNA, które w komórce powstaje, kręciłoby się z prędkością 4 obrotów na sekundę.

Każdy posiadacz torby z nieużywanymi kablami wie, jak łatwo jest poplątać długie cienkie elementy, a ile potem trzeba energii, żeby potem to wszystko rozplątać. Skoro model z biegającymi po DNA polimerazami nie ma sensu, natura musiała wymyślić coś mądrzejszego.

Teraz w świetle nowych badań - ukazały się one w "Cell Reports" - powinniśmy uaktualnić wyobrażenie o tym, co dzieje się w każdej na świecie żywej komórce z jądrem komórkowym. "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" - podsumowuje w rozmowie z PAP dr hab. Tomasz Turowski, kierownik Pracowni Mechanizmów Transkrypcji Instytutu Biochemii i Biofizyki PAN.

Dla porównania warto sobie przypomnieć okrągły wieszak sklepowy na ubrania: można samemu obejść go dookoła. Albo stać w miejscu i kręcić wieszakiem jak karuzelą, żeby przejechały przed nami po kolei wszystkie ubrania. Ta druga strategia wyjątkowo dobrze spisuje się, kiedy przy wieszaku jest więcej osób, które również nim kręcą. Wtedy raz wprawiony w ruch wieszak obraca się i nie trzeba przepychać się między półkami, a jedynie skoordynować tempo przeglądania ubrań z innymi osobami.

Polsko-brytyjskie badania dostarczają dowodów na to, że obroty DNA wynikają z synchronizacji polimeraz. Dr hab. Tomasz Turowski tłumaczy, że obracanie się nici DNA łączy pracę polimeraz w uporządkowany konwój, co umożliwia im współdziałanie.

Kotwicami, które trzymają RNA w miejscu, jest produkowany przez nie ładunek - RNA. Modele pokazują, że jeśli ładunek ten się odetnie, DNA wyhamowuje swój obrót. "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" - opisał naukowiec.

Gdy taki zsynchronizowany konwój ulega zatrzymaniu, precyzyjne cięcie nowo powstającego RNA powoduje pauzowanie i cofanie się polimeraz, co jest kluczowe dla kontroli jakości produkowanych cząsteczek. Dodatkowo, wadliwe lub zablokowane fragmenty RNA są oznaczane krótką sekwencją, co umożliwia ich usunięcie przez systemy naprawcze komórki.

Dotychczas uważano, że procesy produkcji białek i kontroli ich jakości występują jeden po drugim. Nowe odkrycie pokazuje, że procesy te mogą bezpośrednio wpływać na siebie.

Ludwika Tomala