Genom unutar svake naše ćelije je modelovan naprezanjem i torzijom – delom zbog aktivnosti proteina koji sabijaju, umotavaju, omotavaju i odmotavaju DNK – ali naučnici malo znaju o tome kako te sile utiču na transkripciju gena.
„Sve vreme je u igri mnogo mehaničkih sila koje nikada ne uzimamo u obzir, o njima imamo vrlo malo znanja i o njima se ne govori u udžbenicima“, rekla je Laura Finci, dr Venard L. Miler, mlađi. ’69 i Sheila M. Miller na katedri za medicinsku biofiziku na Univerzitetu Clemson.
Transkripcija je proces kojim ćelija pravi RNK kopiju segmenta DNK. Jedna vrsta RNK, nazvana mesindžer RNK (mRNA), kodira informacije za stvaranje proteina potrebnih za strukturu i funkcije ćelija ili tkiva.
RNK polimeraza (RNAP) je vrsta proteina koji proizvodi mRNA. On procesivno prati duž dvostruke spiralne DNK, odmotava je da bi pročitao sekvencu baznog para samo jednog lanca i sintetiše odgovarajuću iRNK. Takva „transkripcija“ gena počinje kada se RNAP veže za „promotorsku“ DNK sekvencu i završava na „terminatorskoj“ sekvenci gde se mRNA kopija oslobađa. Kanonski pogled na terminaciju smatra da se nakon oslobađanja mRNK RNAP odvaja od DNK.
Tim istraživača na čelu sa Fincijem, uključujući Dejvida Danlapa, profesora istraživanja na Odeljenju za fiziku i astronomiju Clemson, po prvi put je pokazao kako sila igra ulogu u alternativi kanonskom prekidu. Njihovo istraživanje objavljeno je u časopisu Nature Communications.
Koristeći magnetnu pincetu za povlačenje RNAP polimeraze duž DNK šablona, istraživači su uspeli da pokažu da nakon dostizanja terminatora, bakterijska RNK polimeraza može ostati na DNK šablonu i biti povučena da klizi unazad do iste ili napred do susednog promotera da bi započela sledeći ciklus transkripcije. Dakle, pravac sile određuje da li se segment DNK može transkribovati više puta ili samo jednom. Finci i Dunlap izveštavaju da ovaj mehanizam recikliranja usmeren na silu može promeniti relativno obilje susednih gena.
Štaviše, otkrili su da sposobnost kliznog RNAP-a zahteva da C-terminalni domen alfa podjedinice prepozna promotor orijentisan suprotno od smera klizanja. Ove podjedinice „omogućavaju mu da ostane na putu, okreće se i zgrabi drugi lanac dvostruke spirale DNK gde bi mogao biti drugi promoter“, rekla je ona. Zaista, kada su alfa podjedinice izbrisane, nije došlo do okretanja na suprotno orijentisane promotere.
Temeljno razumevanje molekularnih mehanizama koji regulišu transkripcionu aktivnost u genomu može identifikovati terapeutske alternative u kojima RNAP može biti modifikovan da potisne određene proteine i spreči bolest.
Finci je rekao da možda postoje lokacije u genomu gde je reciklaža češća od drugih, ali to još uvek nije poznato.
„Nadam se da ćemo jednog dana imati prostorno-vremensku mapu sila koje deluju na genom u različitim vremenima tokom životnog ciklusa različitih tipova ćelija u našem organizmu. Naše istraživanje naglašava uticaj sila na verovatnoću ponavljanja transkripcije. onda može pomoći u predviđanju i crtanju, na neki način toplotne mape, različitih nivoa transkripcije različitih gena“, rekao je Finci.
