Coraz dokładniejszy pomiar ruchu cząsteczek biologicznych

Nowa technika pomiarowa opracowana przez Dr. Karsten Rippe z BioQuant Center na Uniwersytecie w Heidelbergu pozwala naukowcom na badania oddziaływań pomiędzy białkami a DNA z rozdzielczością 0.001 sekundy.

Naukowcy z Heidelberga zbadali łączenie się skomplikowanych kompleksów białkowych, które w specyficzny sposób zmieniają strukturę przestrzenną informacji genetycznej i tym samym wpływają na odczytywanie informacji z DNA. Badania wykazały, że pozycjonowanie nukleosomów (kompleksów DNA) i specjalnych białek jest precyzyjnie sterowanym procesem cząsteczkowym. Odchylenia w tym procesie można łączyć z wieloma nowotworami. W ludzkim genomie nici DNA są owinięte wokół specjalnych białek – histonów. Pomiędzy nukleosomami są pozbawione histonów sekwencje DNA, które łączą je ze sobą. Aktywacja genu wymaga dostępnego DNA. Jeśli odpowiadające mu DNA jest otoczone nukleosomami, gen jest wyłączony. Pozycje nukleosomów determinowane są szablonem odczytu sekwencji DNA. Wolne DNA pomiędzy dwoma nukleosomami jest bardzie dostępne niż sekwencje DNA w nukleosomach.

Molekularne maszyny remodelujące chromatynę mogą używać energii do przemieszczania nukleosomów wzdłuż łańcucha DNA. W ten sposób tworzą szablon do odczytu informacji genetycznej, co określa aktywny program DNA komórki.

Zespół Dr Rippe stosuje mikroskopię fluorescencyjną do badania, w jaki sposób struktury remodelujące chromatynę kontrolują odczyt informacji genetycznej. Za jej pomocą naukowcy są w stanie określić 1 milion struktur remodelujących chromatynę w komórkach ludzkich, które są przyłączone do nukleosomów i zbadać czy każdy z 30 mln nukleosomów jest na właściwej pozycji. Aby zrozumieć mechanizm tej „molekularnej maszyny" konieczna była nowa technika analityczna, która pozwalałaby na uchwycenie momentu przyłączania się się struktur remodelujących w ciągu 1/1000 sekundy i w tym samym momencie określić inne zjawiska. Fabian Erdel, jeden z doktorantów z zespołu Dr Rippego, wymyślił 3PEA, czyli Analizę Ewolucyjną Fotowybielonych Profili Pikselowych, którą można użyć do analiz żywych komórek. W tej metodzie Erdel użył promienia lasera do wygaszenia sztucznych znaków fluorescencyjnych przyłączonych do struktur remodelujących i zauważył, że „wybielone" białka podczas ruchu wytwarzały „cień", który można było zarejestrować. Kształty tych cieni zależał od tego, w jakim stopniu ruch struktur remodelujących chromatynę był spowalniany wraz z przyłączaniem do nukleosomów. Dzięki dużej pracy włożonej w obliczenia czasów przyłączania na podstawie ruchu „cieni" możliwe jest teraz szybkie i precyzyjne badanie przyłączania białek do żywych komórek.

(pj)