מדענים מדלפט, וינה ולוזאן גילו שמכונות החלבון שמעצבות את ה-DNA שלנו יכולות לשנות כיוון. עד עכשיו, חוקרים האמינו שמנועי SMC אלה, שיוצרים לולאות ל-DNA, יכולים לנוע בכיוון אחד בלבד. התגלית, שמתפרסמת ב תָאהוא המפתח להבנה כיצד המנועים הללו מעצבים את הגנום שלנו ומווסתים את הגנים שלנו.
חיבור DNA
"לפעמים, תא צריך להיות מהיר בשינוי אילו גנים צריכים לבוא לידי ביטוי ואילו יש לכבות, למשל בתגובה למזון, אלכוהול או חום. כדי לכבות ולהדליק גנים, תאים משתמשים ב-Structural Maintenance of Chromosomes (SMC) ) מנועים הפועלים כמו מתגים לחיבור חלקים שונים של DNA", מסביר המחבר הראשון רומן בארת.
עם זאת, מכונות SMC אינן יודעות באופן טבעי אילו חלקים לחבר. הם פשוט מעמיסים איפשהו על ה-DNA ומתחילים לעצב אותו ללולאה עד שהם מגיעים לנקודה שבה הם נאלצים לעצור. זו הסיבה שהם מסתמכים במידה רבה על היכולת לחקור את שני הצדדים של ה-DNA כדי למצוא את תמרורי העצירה הנכונים".
רומן בארת', אוניברסיטת דלפט לטכנולוגיה
תֵבַת הִלוּכִים
ביופיסיקאים מאוניברסיטת דלפט לטכנולוגיה גילו כעת שמנועי SMC יכולים להחליף כיוון, בניגוד למה שחשבו שאפשרי. "הניסויים שלנו מראים ש-SMCs מושכים לרגע DNA מצד אחד, ואז מחליפים כיוון כדי למשוך DNA מהצד הנגדי. על ידי כך, הם יכולים למשוך DNA לתוך לולאה משני הצדדים לאורך זמן. מצאנו שזה נכון עבור כולם. סוגים של מנועי SMC, שיש רבים מהם", אומר פרופסור מדלפט סי דקר, שהנחה את המחקר. "אפשר להשוות את זה לתיבת הילוכים במכונית: עם מקל הילוכים ידני אפשר לתת לרכב לנוע קדימה או אחורה. אפילו זיהינו את 'ידית ההילוכים', תת-יחידת החלבון NIPBL, בחלבון המנוע cohesin SMC".
ננוטכנולוגיה מרשימה
כדי לגלות את ההילוך האחורי של מנועי SMC, החוקרים השתמשו במיקרוסקופ ביתי מתקדם כדי להסתכל על חלבונים בודדים על מולקולות DNA בודדות. זה כשלעצמו הישג מרשים, כפי שמסביר בארת: "תא בודד מכיל מיליוני חלבונים וגוף האדם עשוי מטריליוני תאים. שליפה של כמה חלבונים והיכולת 'לצפות' בהם אחד אחד זה דבר מדהים. הישג של ננוטכנולוגיה הכולל הדמיה בקנה מידה של ננומטר – קטן ב-100,000 מרוחב שערה אנושית".
מחלות ניוון עצביות
"ברגע שנבין כיצד מנועים מולקולריים של SMC מעצבים את ה-DNA, אנו עשויים להתחיל לשאול מה משתבש במחלות כמו סרטן ומחלות נוירו-גנרטיביות, וחשוב מכך, כיצד לתקן זאת", אומר בארת'. "מחלות נוירו-גנרטיביות למשל יכולות להיות תוצאה של גנים לא מווסתים בשלבים מוקדמים של ההריון. למעשה, ישנן כמה מחלות קשות, כגון תסמונת קורנליה דה לנגה, הקשורות ל-SMCs, שבהן סביר להניח שהמנועים לא יצליחו לעבור כהלכה בתוך תאי העובר."
מדע בפעולה
המחקר סוף סוף פותר את הבלבול בקהילה המדעית לגבי תיאוריות סותרות שונות לגבי אופן הפעולה של SMCs. מחקר מוקדם הציע ש-SMCs יכולים לנוע בכיוון אחד בלבד, בעוד מחקרים אחרים העלו שהם משכו DNA משני הצדדים בו זמנית. התגלית פותרת את המחלוקות הללו. בארת: "לאחר שמצאתי מאפיינים משותפים בין מנועי SMC עוזר להתמקד ולייעל את תחום המחקר של SMC. אנחנו לא צריכים לחפש יותר מנגנון חדש עבור כל סוג של חלבון SMC בודד. זה גם יאיץ את התחום לעבר מדע יישומי. אני ישמח לראות את הידע הזה עובר לחברות פארמה, לבתי חולים, ובסופו של דבר למשרדי רופאים".