Jedan poseban protein leži u srcu razvoja mozga. Glavni regulator ekspresije gena, obilno je prisutan u neuronima, a njegova disfunkcija leži u osnovi Retovog sindroma, neurološkog poremećaja koji može dovesti do teških kognitivnih, motoričkih i komunikacijskih oštećenja kod mladih devojaka.
Ipak, naučnici malo razumeju kako ovaj esencijalni protein obavlja svoj ključni posao na molekularnom nivou. „Ljudi su decenijama proučavali ovaj protein bez jasnog konsenzusa o tome šta radi, gde se vezuje za genom i koje su njegove funkcije“, kaže Rokfelerov Šiksin Liu. Sada, nova studija iz Liuove laboratorije baca svetlo na to kako protein, MeCP2, stupa u interakciju sa DNK i hromatinom.
Nalazi, objavljeni u Nature Structural & Molecular Biology, pružaju uvid u ovaj glavni regulator i mogu otvoriti nove puteve za terapije Retovog sindroma.
MeCP2 je zbunjujući protein. Iako je uključen u regulaciju hiljada gena i smatra se da je centralni za neurorazvoj, njegov uticaj na genom je teško odrediti. Nedovoljne količine divljeg tipa MeCP2 izazivaju Retov sindrom, ali previše proteina uzrokuje sličan neurološki poremećaj poznat kao sindrom duplikacije MeCP2.
Liu i kolege su iskoristili oblast ekspertize laboratorije – posmatranje i manipulaciju jednim molekulom – da bi bolje razumeli kako MeCP2 reaguje sa DNK. Tim je povezao jedan komad DNK između plastičnih perli mikronske veličine, od kojih je svaka držala laser, a zatim inkubirao DNK sa fluorescentno obeleženim MeCP2 proteinima. Ova postavka im je omogućila da pažljivo prate dinamičko ponašanje misterioznog proteina.
Generalno se smatra da MeCP2 isključivo obavlja svoje funkcije na DNK koja je modifikovana metilovanim citozinima, ali mu nedostaje zadovoljavajuće objašnjenje za takvu specifičnost, pošto protein lako vezuje i metiliranu i nemetilovanu DNK.
Tim je otkrio da se MeCP2 dinamički kreće po DNK, ali na mnogo sporiji način u odnosu na metilovanu formu u poređenju sa nemetilovanom. Oni su dalje pokazali da ova različita dinamika omogućava MeCP2 da efikasnije regrutuje drugi regulatorni protein na metilovana DNK mesta, što može pomoći da se regulatorne funkcije MeCP2 gena usmere ka određenim lokacijama u genomu.
„Otkrili smo da MeCP2 brže klizi duž nemetilovane DNK, a ova razlika u kretanju može objasniti kako se protein razlikuje između njih dva“, kaže Gabriella Chua, diplomirani saradnik u Liuovoj laboratoriji i prvi autor rada.
„To je nešto što smo mogli otkriti samo koristeći tehniku jednog molekula.“
Liu i Chua su takođe otkrili da protein pokazuje veoma jaku sklonost ka vezivanju za nukleozome, proteinske kolute koje su namotane našim genetskim materijalom, preko gole DNK. Ova interakcija stabilizuje nukleozome na način koji može potisnuti transkripciju gena — nagoveštavajući kako sam MeCP2 reguliše ekspresiju gena.
Zapažanje da glavni regulator ekspresije gena najčešće stupa u interakciju sa ovim čvrsto uvijenim oblikom DNK pomaže u jačanju sve većeg shvatanja da su nukleozomi mnogo više od inertnih „skladišnih kolutova“ DNK, i da naučnici treba da počnu da razmišljaju o funkciji MeCP2 više u kontekst nukleozoma.
„Naši podaci su jedan od najdefinitivnijih primera ovog fenomena do danas“, kaže Liu. „Jasno je da MeCP2 preferira vezivanje za nukleozome.“
Na ovaj način, MeCP2 funkcioniše kao protein koji vezuje hromatin, u suprotnosti sa konvencionalnim stavom koji ga vidi uglavnom kao protein koji vezuje metil-DNK. U ovoj studiji, tim je takođe suzio deo proteina koji je odgovoran za njegovu aktivnost vezivanja nukleozoma.
„Gola DNK je u manjini – nukleozomi su prisutni u našim genomima“, kaže Čua. „Nekoliko nedavnih studija je pokazalo da nukleozomi nisu samo pasivne barijere za transkripciju, već aktivna žarišta za regulaciju gena.“
Posebno upečatljiv primer takve funkcionalnosti nukleozoma je način na koji MeCP2 reaguje sa njim.
U budućem radu, tim planira da se proširi izvan sadašnje in vitro studije kako bi ispitao MeCP2 in vivo, gde se očekuje da će interakcije između proteina i nukleozoma biti složenije. Oni takođe nameravaju da koriste tehnike opisane u ovom radu kako bi bolje proučili mnoge mutacije MeCP2 koje izazivaju bolesti kao što je Rettov sindrom.
Nadamo se da bi potpunije razumevanje proteina centralnog za ovu razornu bolest jednog dana moglo dovesti do terapija.
„Ne postoji lek za Reta, ali zajednica istraživača koji ga proučavaju odlučna je i energična. Mnogima su naši podaci bili intrigantni kada smo ih podelili sa njima“, kaže Čua. „Naši nalazi naglašavaju kako osnovna istraživanja mogu pomoći kliničkoj zajednici da bolje razume bolest.“
