Νέα πλατφόρμα αποκαλύπτει τη χορογραφία της μεταγραφής στα θηλαστικά
Η ζωή, όπως τη γνωρίζουμε, καθορίζεται από το DNA, αλλά η RNA πολυμεράση II (Pol II) είναι αυτή που διαβάζει το γενετικό κώδικα, μεταγράφοντας RNA σε ευκαρυωτικά κύτταρα και τελικά παράγοντας πρωτεΐνες. Οι επιστήμονες γνωρίζουν ότι η Pol II πρέπει να προχωρά συγχρονισμένα με άλλες βιολογικές διαδικασίες. Παρά τις προόδους, οι τεχνικές προκλήσεις εμπόδισαν την ακριβή κατανόηση της κίνησης αυτού του σημαντικού μοριακού μηχανισμού, καθώς και των παραγόντων που επηρεάζουν τις παύσεις και τις επιταχύνσεις του.
Μια νέα μελέτη γεφυρώνει τα κενά γνώσης
Μια πρόσφατη μελέτη που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature Structural & Molecular Biology χρησιμοποιεί μια πλατφόρμα μονομορίου για να παρακολουθήσει μεμονωμένα μεταγραφικά συγκροτήματα θηλαστικών σε δράση. Το αποτέλεσμα είναι μια καθαρή εικόνα του πώς αυτός ο μοριακός κινητήρας επιταχύνει, σταματά και αλλάζει ταχύτητες καθώς μεταγράφει γενετικές πληροφορίες.
Αυτό που είναι πραγματικά εντυπωσιακό είναι ότι η λειτουργία αυτού του μηχανισμού θυμίζει σχεδόν ένα καλορυθμισμένο αυτοκίνητο. Διαθέτει πολλαπλές ταχύτητες, ή «μοτίβα», που ελέγχονται από την πρόσδεση διαφορετικών ρυθμιστικών πρωτεϊνών. «Επιτέλους καταφέραμε να κατανοήσουμε πώς ελέγχεται κάθε ταχύτητα», δήλωσε ο Shixin Liu, επικεφαλής του Εργαστηρίου Νανοκλίμακας Βιοφυσικής και Βιοχημείας.
Η σημασία της κίνησης της Pol II
«Βλέπουμε επιτέλους πού βρίσκεται η Pol II, τόσο χρονικά όσο και χωρικά, κατά τη διάρκεια της διαδικασίας», προσθέτει ο Joel E. Cohen, επικεφαλής του Εργαστηρίου Πληθυσμών. «Η πλατφόρμα μας μας επέτρεψε να αξιολογήσουμε αντικειμενικά πότε αυτός ο μηχανισμός αλλάζει ταχύτητες και πόσο γρήγορα κινείται». Η Pol II ανακαλύφθηκε πριν από περισσότερα από πενήντα χρόνια από τον Robert Roeder στο Rockefeller και κινείται βήμα-βήμα κατά μήκος του DNA, κατασκευάζοντας μια αντίστοιχη RNA αλυσίδα που τελικά οδηγεί σε πρωτεΐνες.
Ωστόσο, η Pol II δεν κινείται με σταθερή ταχύτητα, ιδιαίτερα σε ανώτερους οργανισμούς όπως οι άνθρωποι. Μετά την εκκίνηση, επιβραδύνεται και συχνά σταματά κοντά στην αρχή ενός γονιδίου, προτού ρυθμιστικές πρωτεΐνες όπως η P-TEFb και η PAF1C την προωθήσουν σε γρήγορη μεταγραφική λειτουργία. Καθώς πλησιάζει στο τέλος ενός γονιδίου, η ένζυμος επιβραδύνεται ξανά για να ολοκληρώσει τη διαδικασία. Αυτή η ρύθμιση είναι κρίσιμη: αν η ταχύτητα είναι πολύ γρήγορη ή πολύ αργή, οι RNA αλυσίδες δεν μπορούν να επεξεργαστούν ή να συντονιστούν σωστά με άλλες ζωτικές κυτταρικές διαδικασίες.
Συνεργασία και καινοτομία στην έρευνα
«Πολλοί δεν γνωρίζουν αυτούς τους συνδέσμους. Συχνά με ρωτούν: αν η Pol II μπορεί να παράγει RNA και ξέρουμε πώς το κάνει, έχει σημασία η ταχύτητα του μηχανισμού ή αν σταματά;», λέει ο Liu. «Είναι σημαντικό ακριβώς επειδή γνωρίζουμε ότι η κινητική της μεταγραφής είναι κρίσιμη για τη σωστή γονιδιακή έκφραση και συνδέεται με διάφορες ασθένειες». Η τεχνική περιορισμών εξηγεί σε μεγάλο βαθμό γιατί προηγούμενες μελέτες δεν κατάφεραν να ρίξουν φως στο πώς η Pol II ρυθμίζει την κίνησή της.
Η ιδέα για αυτή τη μελέτη κέρδισε έδαφος μέσω μιας τυχαίας συνάντησης του Liu με τον Cohen στο Bass Dining Commons του Rockefeller. «Καθίσαμε μαζί και ο Joel με ρώτησε αν εργάζομαι σε κάτι ενδιαφέρον. Του παρουσίασα το έργο και αρχίσαμε να το εξετάζουμε μαζί. Είμαι πολύ χαρούμενος που καθίσαμε στο ίδιο τραπέζι εκείνη την ημέρα», θυμάται ο Liu.
«Η δουλειά μας είναι συνεργατική, όχι μόνο μεταξύ των δύο εργαστηρίων μας, αλλά και διασυνοριακά», προσθέτει ο Cohen, αναφερόμενος στους συνεργάτες από την Κίνα που συνέβαλαν καθοριστικά στην έρευνα. «Αν θέλουμε η επιστήμη να προοδεύει, πρέπει να συνεχίσουμε να διευκολύνουμε τη συνεργασία πέρα από τα σύνορα».
