Genom człowieka liczy ponad trzy miliardy par nukleotydów. Geny - czyli fragmenty kodujące białka - stanowią w tej puli mniej niż 2 proc. Genetyków od dawna intrygowała związana z tym faktem zagadka. Skoro tak znaczna część informacji genetycznej jest nieaktywna, dlaczego zamiana w jej obrębie zaledwie jednego nukleotydu może z czasem doprowadzić do rozwoju tej czy innej choroby?
Odpowiedź została właśnie znaleziona przez grupę prof. Yijuna Ruana z The Jackson Laboratory for Genomic Medicine (JLGM) w Farmington, USA. W badaniach istotny wkład miał zespół dr. hab. Grzegorza Wilczyńskiego, profesora Instytutu Biologii Doświadczalnej PAN im. M. Nenckiego w Warszawie - podał w informacji dla mediów Instytut.
DNA w komórkach jest owinięte wokół białek nazywanych histonami. Tak powstają włókna chromatyny, które odpowiadają za upakowanie materiału genetycznego w chromosomy, czyli charakterystyczne struktury powszechnie kojarzone z kształtem litery X.
- Na podstawie danych otrzymanych przy zastosowaniu nowoczesnej metody sekwencjonowania DNA nasi amerykańscy koledzy doszli do niezwykle ciekawych wniosków dotyczących trójwymiarowej struktury chromatyny w jądrach komórek człowieka. Naszym zadaniem było zweryfikowanie tych wyników w inny sposób, tzn. za pomocą wyrafinowanych technik mikroskopii fluorescencyjnej i zaawansowanej obróbki komputerowej obrazu - mówi prof. Wilczyński.
Sekwencje otrzymanych obrazów mikroskopowych poddawano następnie wyrafinowanej analizie i przekształcano w trójwymiarowe wizualizacje. Użyto w tym celu własnego, opatentowanego oprogramowania, którego autorem jest dr Błażej Ruszczycki z Instytutu Nenckiego.
Polskie pomiary i analizy pozwoliły potwierdzić istnienie ciekawego związku między jednym z białek strukturalnych - CTCF, a enzymem polimerazą - RNA II. Białka CTCF łączą się do specyficznych, nieaktywnych fragmentów chromatyny, gdzie pełnią m.in. podobną rolę jak rzepy: mogą się dość trwale łączyć z drugą cząsteczką CTCF przyczepioną do innego miejsca w chromatynie.
W wyniku zespolenia białek CTCF w różnych fragmentach chromatyny jej włókna formują trwałe pętle. Z kolei polimeraza RNA II jest enzymem odpowiedzialnym za transkrypcję, czyli przepisywanie informacji zwartej w genie z nici DNA na nową nić RNA. Później, w procesie translacji, na podstawie informacji w niej zawartej powstanie właściwa cząsteczka białka kodowanego przez gen.
Badania mikroskopowe w Instytucie Nenckiego wykazały słuszność obserwacji dokonanych przez stronę amerykańską: tam, gdzie "rzepy" z białka CTCF zamykają pętle chromatyny, może się znajdować polimeraza RNA II. Co więcej, enzym nie tylko pojawia się w okolicach "sklejek" włókien chromatyny, ale także pracuje tam, dokonując transkrypcji genów.
- To wyjaśnia, dlaczego zamiana pojedynczego nukleotydu na inny w nieaktywnym fragmencie łańcucha DNA może spowodować, że człowiek staje się podatny na jakąś chorobę! Jeśli do zmiany dojdzie na przykład w obrębie miejsca wiązania białka CTCF, może ono nie być zdolne do pełnienia roli rzepa. W efekcie któraś z pętli chromatyny może się nie utworzyć, a to oznacza, że zmieniają się geometryczne warunki, w jakich pracuje polimeraza RNA II, odpowiedzialna za transkrypcję genów - tłumaczy prof. Wilczyński.
Geometria otoczenia wpływa na ekspresję genów, ponieważ może ułatwiać bądź utrudniać innym cząsteczkom dostęp do genu. Więcej na: http://www.rynekzdrowia.pl.
