Molekul DNK se nalazi u ćelijskom jezgru kao gusto zbijeni kompleks DNK i proteina, poznat kao hromatin. Umotana u delove oko jezgra specijalnih proteina poznatih kao histoni, DNK formira takozvane nukleozome, koji su organizovani duž DNK poput bisera na niti.
Za jedan od fundamentalnih procesa života, replikaciju, udvostručavanje DNK, standardni pogled iz udžbenika ima tendenciju da vidi ovu bukvalno zamršenu strukturu kao prepreku koju treba olabaviti i prevazići trošenjem energije.
Tim predvođen molekularnim biologom dr Kristofom F. Kuratom iz Biomedicinskog centra LMU (BMC) sada je pokazao da ovo nije cela istina: na određenim mestima u genomu, polaznim tačkama replikacije, karakteristična struktura nukleozoma je ključna za replikacija da bi se pokrenula na prvom mestu, kako istraživači izveštavaju u časopisu Nature.
Pre nego što ćelija može da se podeli, njena DNK mora da se udvostruči. Ovaj proces ne počinje samo na jednom mestu, već molekularne mašine replikacije rade istovremeno na mnogim početnim tačkama duž hromozoma. Ljudske ćelije poseduju oko 30.000 ovih takozvanih izvora replikacije, dok jednoćelijski pekarski kvasac sa malim genomom, koji je Kuratov tim istraživao kao model organizma, poseduje oko 400 njih.
Pre nekog vremena, istraživači su otkrili karakteristične strukture hromatina na ovim mestima: nukleozomi na ovim mestima su raspoređeni na veoma pravilan način, „na mnogo uređeniji način nego u ostatku genoma“, kaže Kurat.
Da bi istražili kako dolazi do ove strukturne pravilnosti i kako ona utiče na replikaciju, Kurat i njegov tim su godinama radili na izolovanju proteina i porekla uključenih u replikaciju ćelija kvasca, kako bi mogli da reprodukuju funkcionalni sistem replikacije u epruvetama.
„Takav pristup biohemijskoj rekonstituciji je izuzetno naporan“, naglašava Kurat, „ali i veoma dragocen za detaljno razumevanje komplikovanih procesa. Tako da je za nas bila sreća što smo imali tako plodnu saradnju sa kolegama u BMC-u i na Institutu Maks Plank za biohemiju“.
Sa ovim rekonstitucijama, istraživači su uspeli da pokažu koji faktori stvaraju pravilnu strukturu hromatina na poreklu i koliko je to važno da bi mašinerija za replikaciju krenula na svoje početne tačke.
„Mutirane ćelije bez ove strukture hromatina nisu održive“, kaže Erika Chacin, vodeći autor studije. Ključni faktor za početak replikacije je proteinski kompleks ORC (Origin Recognition Complek), za koji je odavno poznato da regrutuje neophodne delove mašina za replikaciju.
Na njihovo iznenađenje, istraživači su otkrili da ovaj kompleks ima drugu funkciju: igra ključnu ulogu u nastanku visoko uređene strukture hromatina na poreklu, tako što uređuje nukleozome u skladu sa takozvanim kompleksima remodeliranja hromatina.
„Naši rezultati daju naučnicima bolje razumevanje replikacije“, kaže Kurat.
„To je jedan od veoma fundamentalnih procesa života, a njegovo dublje razumevanje je važno samo po sebi. Pored toga, i replikacija i struktura hromatina idu naopako u slučaju ćelija raka, na primer, uspeli smo da spojimo ova dva aspekta, mogli bi da pomognu u razvoju boljih lekova u budućnosti. Mnogi lekovi protiv raka inhibiraju replikaciju DNK, što je povezano sa jakim neželjenim efektima. Struktura hromatina bi mogla da bude nova poluga koju bismo mogli da upotrebimo u budućnosti.“
