Il materiale genetico presente nelle cellule, non è nel suo stato libero, ma legato a complessi proteici di grandi dimensioni e ben confezionati

Single Molecole in Focus Laser: Come il materiale genetico è Unwrapped
Pubblicato il 6 novembre 2009

Il materiale genetico presente nelle cellule, non è nel suo stato libero, ma legato a complessi proteici di grandi dimensioni e ben confezionati. Per attivare i geni che potrebbero anche svolgere un ruolo nella cancerogenesi, il materiale genetico deve prima essere confezionati e resi accessibili per gli altri elementi cellulari. Utilizzando un nuovo metodo biofisico chiamata spettroscopia di singola molecola, i ricercatori della Divisione "Biofisica delle Macromolecole", presso il German Cancer Research Center (Deutsches Krebsforschungszentrum, DKFZ) sono stati i primi ad osservare questi meccanismi direttamente e per caratterizzare le fasi intermedie sulla strada per liberare genetica materiale. I loro risultati sono stati recentemente pubblicati nel Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Ogni cellula del corpo contiene il DNA materiale genetico nel suo nucleo. In condizioni normali, il DNA non si trova nel suo stato non legata, cioè, come un lungo thread molecola simile, ma confezionati in una struttura compatta. Il DNA è avvolto attorno complessi proteici chiamati istoni per formare una struttura che assomiglia a una collana di perle. Gli scienziati chiamano la più piccola unità di imballaggio di DNA - una perla della collana - nucleosoma, un nucleosoma è costituito da otto istoni e del DNA legato a loro.

Al fine di assicurare che i processi di base come la replicazione del DNA durante la divisione cellulare o la traduzione delle informazioni genetiche in proteine può avvenire senza problemi, gli enzimi appropriati necessità di avere libero accesso alle informazioni genetiche. Pertanto, è essenziale che il materiale genetico può essere trasferito indietro rispetto alla sua forma compatta in una forma che è più facile accesso. Per fare ciò accada, la cellula regola il legame del DNA alla istoni attraverso i cambiamenti chimici nel istoni. Così, questi cambiamenti influenzano sia la struttura del materiale genetico e la funzione della cellula. Dal momento che l'attivazione e silenziamento dei geni o oncogeni, rispettivamente, dipendono anche l'ordine degli imballaggi, questi cambiamenti chimici dovrebbero svolgere un ruolo centrale nella trasformazione di una cellula normale in una cellula tumorale.

Quando un gene viene attivato, il DNA è avvolto dal istoni e complessi proteina può smontare in subunità più piccole, il nucleosoma apre. Durante il processo inverso, quando il nucleosoma chiude ancora una volta, la subunità individuali delle proteine istoniche assemblare e il materiale genetico è avvolto intorno al complesso proteina istone.

Non è stato fino a poco tempo che è stato possibile studiare tali processi direttamente in singole proteine e molecole di DNA. Singola molecola è la spettroscopia un moderno metodo di analisi che utilizza un fascio laser con una particolare attenzione di un millimetro millesimo di 'count' e caratterizzare molecole una per una. Il metodo permette di analizzare i diversi stati di biomolecole, sia in forma isolata in provetta e in cellule viventi. Così, gli scienziati sono in grado di osservare le singole fasi dei processi biologici direttamente.

Utilizzando la spettroscopia di singola molecola, i ricercatori del team del professor Jörg Langowski della Divisione di Biofisica delle Macromolecole a DKFZ hanno osservato il meccanismo che porta alla spacchettamento del DNA e, quindi, l'attivazione di un gene. Hanno scoperto che il materiale genetico viene rilasciato al largo della proteina complessa in un processo graduale e complessi proteici smontare progressivamente. I ricercatori sono stati in grado di caratterizzare intermedi diversi durante lo smontaggio delle proteine istoniche in modo che fossero in grado di descrivere questi processi in modo dettagliato. Sono riusciti a direttamente individuare i prodotti intermedi che si formano durante l'apertura del nucleosoma. Questi risultati sono importanti per la comprensione dei meccanismi con cui i geni sono accesi e spenti attraverso i cambiamenti nella istoni e potrebbe aiutare a rispondere alla domanda di come oncogeni sono attivati. Questo offre anche un bersaglio per lo sviluppo di farmaci anti-cancro, molti dei quali sono già stati testati in studi clinici.




Il DNA a doppio filamento (giallo e arancione) è avvolta
intorno a un complesso istone (verde), composto da otto subunità.

Fonte: Il German Cancer Research Center (Deutsches Krebsforschungszentrum, DKFZ)
insciences.org