Istraživači sa Univerziteta Rajs napreduju u razumevanju kako se strukture hromozoma menjaju tokom životnog ciklusa ćelije. Njihova studija o motorizovanim procesima koji aktivno utiču na organizaciju hromozoma pojavljuje se u časopisu PNAS.
„Ovo istraživanje pruža dublje razumevanje kako motorizovani procesi oblikuju strukture hromozoma i utiču na ćelijske funkcije“, rekao je Peter Volines, koautor studije i D.R. Profesor nauka Bulard-Velč fondacije. Volines je takođe profesor hemije, bionauka, fizike i astronomije i ko-direktor Centra za teorijsku biološku fiziku (CTBP).
Istraživanje uvodi dve vrste modela motorizovanih lanaca: motore za plivanje i motore za hvatanje. Ovi motori igraju različite uloge u manipulisanju strukturom hromozoma.
Motori za plivanje, slični RNK polimerazama – enzimima koji kopiraju sekvence DNK u RNK – pomažu u širenju i skupljanju hromatinskih vlakana dok se geni dekodiraju. Motori za hvatanje spajaju udaljene segmente hromatinskih vlakana, stvarajući korelacije dugog dometa koje su potrebne da bi hromozomski čvorovi ostali bez čvorova.
Motorni proteini, koji troše hemijsku energiju, ključni su u oblikovanju arhitekture hromozoma. Istraživači su istraživali kako ovi proteini utiču na idealne polimerne lance.
Otkrili su da motori za plivanje mogu dovesti do kontrakcije ili ekspanzije u zavisnosti od sila koje se primenjuju. Nasuprot tome, motori za hvatanje proizvode konzistentne efekte dugog dometa, usklađujući se sa obrascima viđenim u Hi-C eksperimentima, koji identifikuju interakcije hromatina u ćelijskom jezgru tokom interfaze, faze u ćelijskom ciklusu kada se ćelija ne deli i hromozomi se dekondenzuju. i širi se po jezgru. Motori koji to rade su posebno slabi i lako bi zastali prilikom formiranja petlji, pa su istraživači tražili način da ih ubrzaju.
„Ova studija je značajna po tome što koristi teorijsko modeliranje organizacije lanca hromozoma pomoću motornih proteina“, rekao je Zhiiu Cao, koautor studije i diplomirani student na CTBP.
Koristeći pristup statističke mehanike, istraživači su napravili samodosledan opis koji predviđa prostornu distribuciju verovatnoća ekstruzije petlje. Ovaj model je rešio kako se odgovori motora na sile koje vrši nasumično prevrnuta DNK mogu da prevaziđu, tako da oni i dalje mogu da izvrše pakovanje potrebno da uklope dugi lanac hromozoma u mikroskopsko ćelijsko jezgro.
Trodimenzionalna organizacija hromozoma utiče na vitalne biološke procese kao što su replikacija DNK i diferencijacija ćelija kako se embrioni razvijaju.
