Die Proteine, die für das Zusammenpressen von DNS in Vorbereitung auf Zellteilung wirken kritisch sind wirklich, auf das Doppelhelix ein, um es in eine Art „molekularer Flausch umzuarbeiten,“ Forscher haben entdeckt.
Die Proteine, genannt condensins, sind für eine Vielzahl von Haushaltungsprozessen in den Chromosomen wichtig, aber die Mechaniker hinter ihrer Funktion sind in großem Maße unbekannt gewesen. Als die Forscher, die abwechselnd einem einzelnen Molekül von DNS mit den befestigten condensins ausgedehnt wurden und komprimiert waren, sie fanden, dass die DNS sich stufenweise „in den Klicks ausdehnte,“ entsprechend dem Flauschöffnen.
Die erfolgreiche Manipulation eines einzelnen DNS-Moleküls mit condensin Proteinen, die befestigt werden, macht es plausibel, an die Anwendung einer ähnlichen Strategie zu denken, um die Maschinerie zu erforschen, die Chromosomen in der Zelle aufbereitet, sagte einen der älteren Autoren der Studie, Carlos Bustamante, ein Howard Hughes Medical Institute-Forscher an University of California, Berkeley.
Bustamante, Ryan B. Case, Nicholas R. Cozzarelli und ihre Kollegen bei Berkeley veröffentlichten ihre Ergebnisse am 3. Juni 2004, in der Eil Wissenschaft, die schnelle elektronische Veröffentlichung von ausgewählten Artikeln von der Zapfen Wissenschaft liefert.
„Bis jetzt, bekannt wenig über die Funktion von condensins,“ sagte Bustamante. „Es wurde gewusst, dass, wenn das Gen für das Protein heraus geklopft wurde, Chromosomen in der Zellteilung richtig trennen nicht konnten. Eine Tochterzelle empfinge möglicherweise die ganze DNS und die anderen keine.“
Bustamante und seine Kollegen nahmen zur Kenntnis früheren Studien durch eine andere Gruppe Forscher, die Beweis zur Verfügung stellten, dass condensins schienen, „das Supercoiling“ in DNS zu verursachen, die auftritt, wenn zwei schraubenartige Moleküle sich verflechten.
„Wir entschieden uns zu versuchen, eine Einzelmolekül Wertbestimmung zu entwickeln, um zu sehen, ob wir die Vorrichtung der Effekte dieses Proteins auf DNS wirklich verstehen könnten,“ sagten Bustamante. „Selbst wenn es keine Massenwertbestimmung für die Aktivität dieses Proteins gab, dachten wir, dass möglicherweise wir würden glücklich erhalten und beobachten etwas Aktivität auf einem Einzelmolekül Niveau.“
Die Forscher arbeiteten mit einem Baumuster condensin gefunden in der Bakterie Escherichia Coli. Ihre experimentelle Prozedur, die bestanden wurde, ein Ende eines DNS-Moleküls zu einer kleinen Plastikraupe befestigend an, hielt durch Absaugung auf eine Mikropipette. Sie veranlaßten dann das DNS-Molekül, sich durch flüssige Flüssigkeit hinter ihr auszudehnen und setzten es einer Lösung aus, die das bakterielle condensin Protein enthält. Die Forscher als Nächstes fügten das Energie-enthaltene Molekül ATP der Lösung hinzu. Nachdem das ATP hinzugefügt wurde, erfassten sie das andere Ende des condensin-behandelten DNS-Moleküls mit einer anderen Plastikraupe und gingen zum Zug auf der DNS mit genau gemessener Kraft über.
„Wir fanden, dass das DNS-Molekül in Anwesenheit des condensin Proteins viel kürzer geworden war,“ sagten Bustamante. „Und als wir anfingen, es auseinander sorgfältig zu ziehen, sahen wir es, in einem Sägezahnmuster der Kraft, wie des Klick-Klickklicks des Flauschöffnens sich auszudehnen.
„Als wir wieder ein zweites Mal zogen, reproduzierte viel zu unserer Überraschung, der Prozess identisch jeden Zahn im Sägezahnmuster. Wir hatten nie etwas Ähnliches gesehen. Wir dachten wirklich, dass wir nur Geräusche im Ausdehnen der DNS sahen, aber stattdessen sahen wir ein perfektes Register im Sägezahnmuster,“ Bustamante sagte.