Nyupptäckt molekylär motor kastar ljus över hur våra celler reder ut sina "sladdhärvor" av DNA

DNA och sladdhärvor

Visste du att om de 46 DNA-strängar som finns i var och en av våra celler skulle förstoras upp så att de var 2 millimeter i diameter, så skulle de också bli 5 mil långa? Om du någon gång hanterat en hög med 5-meterssladdar så inser du säkert att en hög med 46 stycken fem mil långa trådar vore minst sagt en "liten utmaning" att försöka hantera, utan att de trasslar in sig i varandra något fruktansvärt! Ändå är detta precis vad de miljardtals cellerna i din kropp hanterar dygnat runt, "24/7".

Varje gång cellerna delar sig i två nya celler (vilket händer rätt ofta, eftersom celler "blir gamla och dör", och byts ut, precis som vi), så samlar olika molekylära maskiner ihop DNA-strängarna från ett tillstånd som mer liknar en tallrik spaghetti, till tydligt definierade kromosomer, av mer "korvlik" karaktär, i en oerhört komplicerad och sinnrik process.

Efter decennier av forskning har man rett ut att processen sker genom att DNAt stegvis organiseras och lindas upp i större strukturer av väl definierade loopar av olika symmetrier och former, ända tills den mycket tjockare "korvliknande" kromosomstrukturen bildats.

I lite mer detalj så lindas t.ex. DNAt i det första steget upp på något som närmast kan liknas vid spolar, så kallade histoner, som består av åtta stycken proteindelar som sitter ihop. Dessa spolar surras sedan vidare upp i en fiber som har en grovlek någonstans mellan den "nakna" DNA-strängen och den slutliga kromosomen (ca 30 nanometer, för att vara exakt). TIll slut håller olika typer av proteiner ihop även denna "halvgrova" DNA-fiber i struktur på nästa nivå.

Bilden här nedan ger en liten översikt av denna stegvist uppbyggda struktur. Den börjar med en schematisk bild av den minsta strukturen, den typiska "dubbelhelixen", med par av baser ritade i olika färger. Det är de som brukar representeras med bokstäverna A,C,G och T. Sedan zoomar den ut steg för steg, ända tills man ser den lite mer X-formade duplicerade kromosomen. X-formen kommer av att kromosomerna kopierats i två kopior, inför celldelningen:

Exakt hur den här oerhört sinnrika process går till rent mekaniskt, är inte helt utrett. Det man både vet och förstår är dock att det behövs en mängd små molekylära maskiner för att fixa och dona med DNA-strängen, så att den organiseras upp så snyggt som i kromosombilden längst ned i bilden ovan.

Ny motoraktivitet upptäckt i protein som organiserar kromatin

Det som nu kommit fram i en ny studie av en forskargrupp vid TU Delft i Holland, är intressanta detaljer om hur det går till att samla ihop den städade loop-struktur som syns i rutan näst längst ned, i bilden ovan.

Man vet sedan tidigare att denna uppgift sköts av en gruppering av proteiner (s.k. proteinkomplex), som kallas Condensin. Man har haft lite olika ideer om hur Condensin fungerar. En tanke har varit att condensin, medan den sitter fast på ett stycke DNA, skulle använda sina utstickande delar för att på måfå krafsa efter närliggande DNA som den kunde dra till sig för att bilda öglor. En annan mer avancerad tanke har varit att condensin istället håller fast DNA-strängen på två ställen samtidigt (men håller dessa ställen nära varandra rent fysiskt), och sedan förskjuter den ena delen av strängen i en riktning, och den andra strängen i en annan riktning, så att den på så vis kan bygga upp en ögla.

Den här senare tanken kräver dock att condensin har så kallad "motoraktivitet". D.v.s. att den har förmågan att pålitligt mata fram DNA i vardera riktningen. Detta har varit ett stort frågetecken, bland annat då man trott att det skulle innebära rätt stor energiåtgång. Den nya studien visar dock dels att condensin verkligen har sådan motoraktivitet, och dels att processen kräver långt mindre energi än man trott. Detta bland annat eftersom mekanismen matar fram så många som 30 baspar på DNA-kedjan åt gången, istället för ett åt gången som man utgått ifrån tidigare.

Underskatta inte komplexiteten i biologin

Summa summarum så blev det här kanske en väl så detlaljerad djupdykning i molekylärbiologi :) Men vi på Genesis webbredaktion tycker att historien visar på två saker: Dels visar den på den överväldigande sinnrikhet, skönhet och finess som finns i Guds skapelse, från minsta molekylära nivå. Dels tycker vi resultatet antyder att man aldrig ska underskatta sinnrikheten i biologin: Det visade sig nämligen att den lite mer avancerade tolkningsmöjligheten - den som inbegrep en motoraktivitet hos kondensinproteinet - verkar vara den rätta. Vi har sett samma mönster otaliga gånger tidigare - de som underskattar komplexiteten och finessen i de biologiska systemen, får gång på gång se sina antagenden motbevisas.

Vi har en fantastisk Skapare!

Webbredaktionen

Källor

• Chromosome motor discovery supports DNA loop extrusion, Phys.org, Hämtad 10 Nov 2017
• Discovery of chromosome motor supports DNA loop extrusion, ScienceDaily, Hämtad 10 Nov 2017
• Nasmyth K. How are DNAs woven into chromosomes? Science (80- ). 2017;358(6363):589-590. doi:10.1126/science.aap8729.
• Terakawa T, Bisht S, Eeftens JM, Dekker C, Haering CH, Greene EC. The condensin complex is a mechanochemical motor that translocates along DNA. Science (80- ). 2017;676(November):eaan6516. doi:10.1126/science.aan6516.