08:25 2024-04-12 science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu

_ Biologii dezvăluie modul în care giraza rezolvă încurcăturile ADN

_ Biologii dezvăluie modul în care giraza rezolvă încurcările ADN-ului< /h3>

Imaginați-vă în minte un telefon „fix” tradițional cu un cablu spiralat care conectează receptorul la telefon. Cablul telefonic spiralat și spirala dublă ADN care stochează materialul genetic în fiecare celulă din corp au un lucru în comun; amândoi se învârtesc sau se învârtesc în jurul lor și se încurcă în moduri care pot fi greu de desfacut. În cazul ADN-ului, dacă această supraîntorsătură nu este tratată, procesele esențiale precum copiarea ADN-ului și diviziunea celulară se oprește. Din fericire, celulele au o soluție ingenioasă pentru a regla cu atenție supraînfăşurarea ADN-ului.

Într-un studiu publicat în revista Science, cercetătorii de la Colegiul de Medicină Baylor, Université de Strasbourg, Université Paris Cité și instituțiile colaboratoare dezvăluie modul în care giraza ADN-ului rezolvă încurcăturile ADN. Descoperirile nu numai că oferă noi perspective asupra acestui mecanism biologic fundamental, dar au și potențiale aplicații practice.

Girazele sunt ținte biomedicale pentru tratamentul infecțiilor bacteriene, iar versiunile umane similare ale enzimelor sunt ținte pentru multe anti- medicamente pentru cancer. O mai bună înțelegere a modului în care funcționează girazele la nivel molecular poate îmbunătăți potențial tratamentele clinice.

Unele supraînfăşurări ale ADN-ului sunt esențiale pentru a face ADN-ul accesibil pentru a permite celulei să citească și să facă copii ale informației genetice, dar fie prea puțin. sau prea multă supraînfăşurare este dăunătoare. De exemplu, actul de a copia și citi ADN-ul îl depășește înaintea enzimelor care citesc și copiază codul genetic, întrerupând procesul. Se știe de mult timp că ADN-giraza joacă un rol în descurcarea supraîncărcării, dar detaliile nu au fost clare.

„În mod obișnuit, ne imaginăm ADN-ul ca o structură cu dublu helix, dar în interiorul celulelor, ADN-ul există în bucle supraînfăşurate. Înțelegerea interacțiunilor moleculare dintre superbobine și enzimele care participă la funcțiile ADN a fost o provocare din punct de vedere tehnic, așa că, de obicei, folosim molecule de ADN liniare în loc de ADN spiralat pentru a studia interacțiunile”, au spus autorul studiului dr. Lynn Zechiedrich, Kyle și Josephine Morrow. Catedră în Virologie Moleculară și Microbiologie și profesor la Departamentul Verna și Marrs McLean de Biochimie și Farmacologie Moleculară de la Colegiul de Medicină Baylor.

„Un obiectiv al laboratorului nostru a fost studierea acestor interacțiuni folosind o structură ADN care imită mai îndeaproape forma reală de ADN supercoiled și buclă prezentă în celulele vii.”

După ani de muncă, laboratorul Zechiedrich a creat bucle mici de ADN supercoiled. În esență, au luat familiarul helix dublu liniar al ADN-ului și l-au răsucit în orice direcție o dată, de două ori, de trei ori sau de mai multe și au conectat capetele împreună pentru a forma o buclă. Studiul lor anterior, care analizează structurile 3D ale minicercurilor supercoilate rezultate, a dezvăluit că aceste bucle formează o varietate de forme pe care au presupus că enzimele precum giraza le-ar recunoaște.

În studiul actual, ipoteza lor s-a dovedit corectă. Echipa de cercetători și-a combinat expertiza pentru a studia interacțiunile ADN-girazei cu minicercurile ADN folosind progresele recente ale tehnologiei în criomicroscopia electronică, o tehnică de imagistică care produce imagini 3D de înaltă rezoluție ale moleculelor mari și alte tehnologii.

"Laboratorul meu a fost de mult interesat să înțeleagă modul în care nanomașinile moleculare funcționează în celulă. Am studiat girazele ADN, enzime foarte mari care reglează supraînfăşurarea ADN-ului", a spus autorul corespondent dr. Valérie Lamour, profesor asociat la Institut de Génétique. et de Biologie Moléculaire et Cellulaire, Université de Strasbourg.

„Printre alte funcții, supercoiling-ul este modalitatea celulei de a limita aproximativ 2 metri (6,6 picioare) de ADN liniar în nucleul microscopic al celulei.”

Pe măsură ce ADN-ul se rotește în interiorul nucleului, acesta se răsucește și se pliază în diferite forme. Imaginați-vă că răsuciți acel cablu telefonic menționat la început, de câteva ori pe sine. Se va depăși și va forma o buclă prin trecerea peste lanțuri de ADN, strângând structura.

„Am descoperit, așa cum am emis ipoteza, că giraza este atrasă de minicercul supraînrulat și se plasează în interiorul acestuia. buclă supercoiled", a spus coautorul, dr. Jonathan Fogg, om de știință senior în virologie moleculară și microbiologie și biochimie și farmacologie moleculară în laboratorul Zechiedrich.

"Acesta este primul pas al mecanismului care determină enzima să rezolve încurcăturile ADN", a spus Lamour.

"ADN-giraza, acum înconjurată de o buclă strâns supraînfăşurată, va tăia o spirală ADN în buclă, va trece cealaltă spirală ADN prin tăietura din buclă. altele, și resigilați ruptura, care relaxează supraîncărcarea și ușurează încurcăturile, reglând supraînfăşurarea ADN-ului pentru a controla activitatea ADN-ului", a spus Zechiedrich.

"Imaginați-vă că vă uitați la rodeo. Ca și cum strângeți vitele cu un laso, în buclă superîncolată. ADN-ul captează giraza în primul pas. Gyrase apoi taie un dublu helix al lasoului ADN și trece celălalt helix prin întrerupere pentru a se elibera.”

Autor corespondent, dr. Marc Nadal, profesor de la École Normale din Paris a confirmat observarea traseului ADN-ului înfășurat în bucla în jurul girazei folosind o pensetă magnetică, o tehnică biofizică care permite măsurarea deformării și fluctuațiilor în lungimea unei singure molecule de ADN. Observarea unei singure molecule oferă informații care sunt adesea ascunse atunci când se analizează mii de molecule în așa-numitele experimente tradiționale „ansamblu” într-o eprubetă.

Interesant, „modelul de inversare a catenei ADN” pentru activitatea girazei a fost propusă în 1979 de dr. Patrick O. Brown și regretatul Nicholas R. Cozzarelli, de asemenea, într-o lucrare Science, cu mult înainte ca cercetătorii să aibă acces la minicercurile supraînfăşurate sau la structura moleculară 3D a enzimei.

„Este deosebit de semnificativ pentru mine că 45 ani mai târziu, oferim în sfârșit dovezi experimentale care susțin ipoteza lor, deoarece Nick a fost mentorul meu postdoctoral”, a spus Zechiedrich.

„Această lucrare deschide o multitudine de perspective pentru a studia mecanismul acestei clase conservate de enzime, care sunt de mare valoare clinică", a spus Lamour.

"Această lucrare susține idei noi despre modul în care sunt reglementate activitățile ADN-ului. Propunem că ADN-ul nu este o biomoleculă pasivă asupra căreia enzime acționează, ci una activă care folosește supraînfăşurarea. , bucle și forme 3D pentru a direcționa accesibilitatea enzimelor, cum ar fi giraza, către secvențe specifice de ADN într-o varietate de situații, ceea ce va afecta probabil răspunsurile celulare la antibiotice sau alte tratamente", a spus Fogg.

(Fluierul)

Inapoi