Forscher am Scripps Research Institute haben herausgefunden, wie eine Makromolekulare Maschine in der Lage ist, die lange und verdrehten Kabelgewirr von DNA in einem Zellkern entspannen so dass genetischer Information "lesen" und die Synthese von Proteinen, die viele spezifische Funktionen im Körper haben direkt verwendet werden kann.
Die Wissenschaftler sagen, dass ihre Ergebnisse, veröffentlicht in der 23. November 2008 online Ausgabe der Nature Structural & Molecular Biology , wichtige neue Einblicke in diese kritischen DNA abwickeln bieten.
"Dies ist eine grundlegende Prozesse, die jeden Tag unzählige Male innerhalb jedes unserer Zellen stattfindet, aber wie es passiert hatte nicht verstanden worden.", sagt die Studie Studienleiter, Francisco Asturias, Ph.d., Associate Professor in der Abteilung für Zellbiologie am Scripps Research. "Die Struktur, die wir gelöst haben bietet wichtige Hinweise zu einem der ersten Schritte bei der Ausdruck Genregulation."
Um dieses Kunststück, verwendet die Wissenschaftler eine Technik namens Makromolekulare Cryo-Elektronen-Mikroskopie, in dem Bilder einzelner Moleküle erhalten bei extrem niedrigen Temperaturen werden aufgezeichnet und zur Bestimmung der Molekülstruktur. Mit Proben von der Hefe Saccharomyces Cerevisiae, die Wissenschaftler konnten Tausende von einzelnen Bildern der RSC Chromatin Umgestaltung komplexer — eine große und flexible Protein-Maschine, die die DNA entlädt — im Komplex mit der Nukleosom, die grundlegende Organisationseinheit in die DNA Stränge verpackt sind.
Die Wissenschaftler verwendet dann Mathematik und Intensive digitale Verarbeitung um zu übersetzen, was zweidimensionalen Snapshots der RSC Einzelmoleküle in ein detailliertes Bild der dreidimensionalen molekulare Maschine bei der Arbeit waren.
"Bemerkenswerte entpacken und packen"
Um die Komplexität des Prozesses zu verstehen, ist es wichtig zu wissen, dass wenn die DNA in jeder Zelle gestreckt wurden, es mehr als drei Meter lang wäre – und da die Billionen von Zellen in einem menschlichen Körper, es wurde berechnet, dass einen einzelnen DNA zur Deckung der Entfernung zur Sonne und viele Male dehnen könnte über zurück.
Also muss DNA in ordentlich wenig Chromosomen verpackt werden. Die DNA in jedes Gen assembliert zuerst in was wie eine Zeichenfolge mit Perlen aussieht: die Zeichenfolge ist die DNA und um seine Länge kompakt, es zwei Mal um eine Spule-ähnliche Perle von Histon-Protein, ein Nukleosom bilden gewickelt. Aber es gibt so viel DNA in einem einzelnen gen, das jedes Gen in einer Kette von Nucleosomes für eine DNA-Zeichenfolge verpackt wird. Diese Perlen werden dann weiter in verdrillte Seile komprimiert, dass schließlich Form Chromatin, in der die DNA etwa 10.000 Mal aus seiner längere komprimiert wird.
Was die Wissenschaftler Scripps Research dargelegt um zu tun ist zu verstehen, wie die RSC komplexe DNA aus den vielen Histon-Perlen innerhalb eines Gens entlädt, so dass andere molekularen Maschinen den genetischen Code lesen können.