Wreszcie udało się rozwiązać jedną z największych tajemnic związaną z replikacją DNA

Replikacja to jedna z najpotężniejszych sztuczek natury. Wystarczy zobaczyć, jak pojedyncza komórka nagle staje się dwoma praktycznie identycznymi kopiami.


Replikacja DNA

Po ponad 70 latach badań nad genetyką molekularną można by było oczekiwać, że udało nam się dokładnie zrozumieć tę biologiczną magię. Jednak dopiero teraz naukowcy odkryli kluczowe szczegóły, które pokazują, jak DNA dokonuje własnej replikacji.

Przez ponad pół wieku wszystkie procesy pozostawały tajemnicą. Dopiero najnowocześniejsza technologia umożliwiła odkrycie biologicznych mechanizmów, a wyniki niewątpliwie okazały się warte pracy.

Replikacja wydawała się odporna na wszystko, co próbowaliśmy zrobić, by ją zakłócić. Opisaliśmy ją szczegółowo, pokazaliśmy, że zmienia się w zależności od typu komórek i zakłóca ją jedynie choroba. Nie potrafiliśmy jednak znaleźć ostatniego elementu kontrolnego ani sekwencji DNA, które wszystko kontrolują. – wyjaśnia David Gilbert z Florida State University

Naukowcy odkryli, że zwłoki przemieszczają się jeszcze przez półtora roku po śmierci

Biologiczna zagadka

Wystarczy otworzyć podręcznik do biologii, by znaleźć barwne obrazki przedstawiające długie nici kwasu deoksyrybonukleinowego zachowujące się jak najdłuższa na świecie łamigłówka. Budują niemal identyczne pasma, dzięki sprytnej chemii i pracowitym białkom.

Podczas lekcji biologii nikt jednak nie głowił się szczególnie, co za enzymatyczna magia się tam właściwie odbywa. Z kolei dla naukowców, sama zawiłość procesów, szczególnie w złożonych organizmach, jak ssaki, okazała się trudna do odkrycia.


Czas

W tym przypadku wyczucie czasu okazało się być kluczowym czynnikiem. Bałagan w białkach regulatorowych nie wydawał się szczególnie wpływać na poszczególne procesy. To dało naukowcom sygnał, że precyzyjny czas decyduje o zachowaniu cząstek DNA.

Aby odkryć chemiczną architekturę regulującą czas replikacji DNA, zespół postanowił wykorzystać CRISPR, by wyciąć chromosomy myszy. To pozwoliło przekonać się, które czynniki tak naprawdę mają znaczenie.

Metoda opracowana przez wojsko pozwoli ci zasnąć w ciągu zaledwie dwóch minut

Kluczowy moment

Gilbert wykorzystał technikę edycji genów do przełączenia lub całkowitego wycinania rozmaitych struktur w DNA mysich zarodkowych komórek macierzystych. Początkowo skupiano się jedynie na wiązaniach białka zwanego czynnikiem wiążącym CCCTC (CTCF).

Takie majsterkowanie miało jednak niewielki wpływ na faktyczne terminy procesów replikacji. Rozwiązanie pojawiło się w formie trójwymiarowej analizy części wytworzonych przez DNA. Zespół był w stanie ustalić, które cząstki odgrywały kluczową rolę.

Chaos

Zidentyfikowano kilka kluczowych lokalizacji poza wiązaniami z CTFC. Łamanie ich powodowało kompletny chaos – czas replikacji był niewłaściwy, sama architektura DNA osłabiona i w tym wszystkim brakowało transkrypcji.

Wyniki otwierają drogę do nowych badań, a wskazanie mechanizmów odpowiedzialnych za dokładny czas replikacji pomoże odkryć procesy powodujące wiele chorób.

Jeśli duplikacja nastąpi w innym miejscu i czasie, stworzona struktura będzie zupełnie inna od tej, która miała powstać.


Fotografie: nature.com, cell.com, news.fsu.edu