מדענים ממכון Kavli של אוניברסיטת דלפט לטכנולוגיה ומה-IMP Vienna Biocenter גילו תכונה חדשה של המנועים המולקולריים המעצבים את הכרומוזומים שלנו. בעוד שלפני שש שנים הם גילו שהחלבונים המוטוריים כביכול SMC אלה יוצרים לולאות ארוכות ב-DNA שלנו, הם גילו כעת שמנועים אלה מכניסים פיתולים משמעותיים ללולאות שהם יוצרים. ממצאים אלו עוזרים לנו להבין טוב יותר את המבנה והתפקוד של הכרומוזומים שלנו. הם גם מספקים תובנה כיצד שיבוש של לולאת DNA מעוותת יכול להשפיע על הבריאות, למשל, במחלות התפתחותיות כמו 'קוהזינופתיות'. המדענים פרסמו את ממצאיהם ב התקדמות המדע.
המאבק של התאים שלנו
תארו לעצמכם שאתם מנסים להכניס שני מטרים של חבל לחלל הקטן בהרבה מקצה מחט-; זה האתגר שעומד בפני כל תא בגופכם כאשר אורזים את ה-DNA שלו לתוך הגרעין הזעיר שלו. כדי להשיג זאת, הטבע משתמש באסטרטגיות גאוניות, כמו סיבוב ה-DNA לסלילים של סלילים, מה שנקרא 'סליל-על' (ראה תמונות להדמיה) ולעטוף אותו סביב חלבונים מיוחדים לאחסון קומפקטי.
לולאות DNA קטנות מווסתות את תפקודי הכרומוזומים
עם זאת, דחיסה אינה מספיקה. תאים צריכים גם לווסת את מבנה הכרומוזומים כדי לאפשר את תפקודו. לדוגמה, כאשר יש צורך לגשת למידע גנטי, ה-DNA נקרא באופן מקומי. במיוחד כאשר הגיע הזמן לתא להתחלק, ה-DNA חייב קודם כל לפרוק, לשכפל, ולאחר מכן להיפרד כראוי לשני תאים חדשים. מכונות חלבון מיוחדות הנקראות קומפלקסים SMC (תחזוקה מבנית של כרומוזומים) ממלאות תפקיד קריטי בתהליכים אלו. רק לפני כמה שנים, מדענים בדלפט ובמקומות אחרים גילו שחלבוני SMC אלה הם מנועים מולקולריים שיוצרים לולאות ארוכות ב-DNA שלנו, ושהלולאות הללו הן הרגולטורים העיקריים של תפקוד הכרומוזומים.
טוויסט חדש
במעבדה של Cees Dekker ב-TU Delft, הפוסט-דוקטורנטים ריצ'רד ג'ניסן ורומן באת' מספקים כעת רמזים שעוזרים לפיצוח הפאזל הזה. הם פיתחו דרך חדשה להשתמש ב'פינצטה מגנטית' שבאמצעותה יכלו לצפות בחלבוני SMC בודדים מבצעים שלבים בלולאה ב-DNA. חשוב לציין, הם גם הצליחו לפתור אם חלבון SMC ישנה את הטוויסט ב-DNA. ולמרבה הפלא, הצוות מצא שכן: חלבון ה-SMC האנושי, cohesin, אכן לא רק מושך את ה-DNA לתוך לולאה, אלא גם מסובב את ה-DNA בצורה שמאלית ב-0.6 סיבובים בכל שלב של יצירת הלולאה.
הצצה לאבולוציה של חלבוני SMC
יתרה מכך, הצוות גילה שהפעולה המתפתלת הזו אינה ייחודית לבני אדם. חלבוני SMC דומים בשמרים מתנהגים באותו אופן. באופן מדהים, כל הסוגים השונים של חלבוני SMC מאדם ושמרים מוסיפים את אותה כמות טוויסט – הם הופכים את ה-DNA פי 0.6 בכל שלב של שחול לולאת DNA. זה מראה שמנגנוני שחול ה-DNA והפיתול נשארו זהים במשך זמן רב מאוד במהלך האבולוציה. לא משנה אם DNA נמצא בלולאה בבני אדם, שמרים או כל תא אחר – הטבע נוקט באותה אסטרטגיה.
רמזים חיוניים
ממצאים חדשים אלה יספקו רמזים חיוניים לפתרון המנגנון המולקולרי של סוג חדש זה של מנוע. בנוסף, הם מבהירים שלולאת DNA משפיעה גם על מצב ה- supercoiling של הכרומוזומים שלנו, מה שמשפיע ישירות על תהליכים כמו ביטוי גנים. לבסוף, חלבוני SMC אלו קשורים למחלות שונות כגון תסמונת קורנליה דה לאנג, והבנה טובה יותר של תהליכים אלו חיונית למעקב אחר המקורות המולקולריים של מחלות קשות אלו.
