DNK i RNK, dve glavne vrste nukleinske kiseline i građevni blokovi života, podložni su stimulansima iz okoline, što može izazvati njihovo deformisanje, savijanje ili uvijanje. Ove deformacije mogu značajno uticati na regulaciju gena i funkcije proteina, ali ih je izuzetno teško izmeriti tradicionalnim tehnikama.
Nedavno je istraživački tim na čelu sa fizičarem sa Gradskog univerziteta u Hong Kongu (CitiU) precizno izmerio promenu nukleinske kiseline izazvane solju, promenom temperature i silom istezanja. Njihovi nalazi, objavljeni u Proceedings of the National Academi of Sciences, pomažu u otkrivanju osnovnih mehanizama univerzalnih deformacija DNK i RNK.
Dok su deformacije DNK i RNK od velike biološke važnosti, naše razumevanje njih je ograničeno zbog izazova preciznog merenja deformacija nukleinskih kiselina i složenosti interakcija nukleinskih kiselina. Da bi prevazišao ove dve poteškoće, istraživački tim, koji je uključivao naučnike sa CitiU-a i Univerziteta Vuhan, koristio je kombinaciju eksperimenata, simulacija i teorija kako bi istražio univerzalnost DNK i RNK deformacija.
Uspeh istraživanja leži u preciznom mernom alatu, nazvanom magnetna pinceta (MT). Ovo je moćna eksperimentalna tehnika koja se koristi u biofizici i molekularnoj biologiji za proučavanje mehaničkih svojstava bioloških molekula, kao što su DNK, RNK i proteini. U eksperimentu sa magnetnom pincetom, sićušna magnetna kuglica je pričvršćena za molekul od interesa, a magnetno polje se primenjuje da bi se manipulisalo položajem perle.
Merenjem kretanja perle, istraživači mogu da proučavaju mehanička svojstva molekula, kao što su njegova elastičnost, krutost i odgovor na spoljnu silu. Ovo se može koristiti za merenje sitnih promena DNK i RNK uvijanja izazvanih stimulansima iz okoline. Čak i male promene uvijanja mogu se akumulirati duž dugačkog molekula DNK ili RNK i izazvati veliku rotaciju kraja DNK ili RNK.
U eksperimentima, tim je koristio magnetnu pincetu za precizno merenje DNK i RNK promena uvijanja izazvanih solju, promenom temperature i istezanjem.
Kroz eksperimente, tim je kvantifikovao konstantu spajanja prečnika DNK i konstantu spajanja uvrtanja RNK i primenio konstante spajanja da objasni deformacije DNK i RNK. Kombinovanjem ovih nalaza sa simulacijama, teorijom i drugim prethodnim rezultatima istraživanja, tim je otkrio da mehanizmi deformacije DNK i RNK izazvane solju, promenom temperature i silom istezanja pokreću dva uobičajena puta: spajanje prečnika uvijanja za DNK i uvijanje-žleb sprega za RNK.
Što se tiče DNK, stimulansi iz okruženja obično prvo modifikuju prečnik DNK, a zatim izazivaju promenu uvijanja kroz jaku spregu između uvijanja DNK i prečnika. Ali za RNK, snižavanje koncentracije soli ili povećanje temperature „odmotava“ RNK jer to povećava širinu glavnog žleba RNK i uzrokuje smanjenje uvijanja. Dakle, ovo se zove spojnica sa uvijanjem.
Analizom podataka iz drugih studija o vezivanju proteina, tim je otkrio da DNK i RNK prate iste uobičajene puteve kada je deformacija izazvana vezivanjem proteina, što sugeriše da se ova dva puta koriste za smanjenje troškova energije deformacije DNK i RNK kako bi se olakšao protein vezivanje.
Njihova otkrića sugerišu da su fizički principi koji su u osnovi deformacije nukleinske kiseline univerzalni i da se mogu primeniti na različite vrste nukleinskih kiselina i stimulanse iz okoline.
„Najnovija otkrića se mogu primeniti za bolje razumevanje pakovanja DNK u ćelijama i povezanih troškova energije deformacije. Rezultati takođe pružaju uvid u to kako proteini prepoznaju DNK i RNK i indukuju deformacije, što su ključni koraci u ekspresiji i regulaciji gena“, rekao je Profesor Dai Liang, vanredni profesor na Odseku za fiziku u CitiU, koji je ko-vodio istraživanje.
