La vida depende de un intrincado juego de escondite que tiene lugar dentro de la célula. Nueva investigación, que ahora se publica en la revista Naturaleza , arroja luz sobre los mecanismos con los que las proteínas de unión al ADN buscan en el genoma sus sitios de unión específicos.
el ADN es una molécula de doble hélice que almacena todas las instrucciones que una célula necesita para mantenerse. La información se codifica dentro del orden secuencial específico de las letras genéticas secuencia de pares de bases de ADN. Implementando correctamente las instrucciones vitales almacenadas en este código genéticodepende de la capacidad de las proteínas para reconocer y unirse selectivamente a secuencias de ADN específicas. Estas proteínas incluyen factores de transcripción, que tienen la tarea crucial de activar y desactivar genes mediante la unión a sitios de unión de factores de transcripción específicos.el lugar y el momento correctos tendrían consecuencias desastrosas para la vida celular: los genes no se activarían cuando fuera necesario, mientras que otros nunca se apagarían.
Desde la perspectiva de un factor de transcripción, encontrar su sitio de unión específico equivale a encontrar la aguja proverbial es decir, un tramo corto de ADN, a menudo alrededor de una docena de letras genéticas solamente en un pajar el genoma, que va de millones a miles de millones deletras dependiendo del organismo. Este llamado problema de búsqueda se ha estudiado ampliamente, y muchas proteínas utilizan un proceso denominado difusión facilitada para acelerar su búsqueda. Aquí, una proteína sufre difusión tridimensional movimiento browniano hasta que choca al azaruna molécula de ADN. Si el sitio de colisión no se corresponde con el sitio de unión correcto, la proteína puede sufrir difusión 1D deslizándose aleatoriamente de un lado a otro a lo largo del ADN antes de desenlazarse y regresar a la difusión 3D. Los científicos han establecido durante mucho tiempo que la 1DEl proceso de deslizamiento acelera la búsqueda, pero el mecanismo preciso del deslizamiento 1D se ha mantenido enigmático.
En este nuevo estudio, dirigido conjuntamente por los investigadores de la Universidad de Uppsala, Sebastian Deindl y Johan Elf, el mecanismo deslizante 1D ocupa un lugar central.
"El mecanismo molecular del proceso de escaneo no se ha entendido bien y sigue siendo un gran misterio cómo los factores de transcripción logran deslizarse rápidamente en secuencias de ADN no específicas, pero al mismo tiempo se unen de manera eficiente a objetivos específicos", dice PhDestudiante y primer autor conjunto Emil Marklund.
Para abordar estas preguntas, los dos equipos de investigación desarrollaron nuevos enfoques de imágenes de microscopía de fluorescencia para observar las proteínas individuales del factor de transcripción deslizándose a lo largo del ADN en tiempo real mientras buscan y se unen al sitio de unión correcto.
"Es emocionante que hayamos podido desarrollar nuevos enfoques de imágenes para observar directamente, por primera vez, si y con qué frecuencia la proteína deslizante no reconoce y se desliza más allá de su sitio de unión", dice Deindl.
Resulta que la proteína deslizante es bastante descuidada y con frecuencia pierde su sitio objetivo. Para comprender mejor cómo la proteína deslizante explora la superficie del ADN, tenía que ser una nueva forma de rastrear y filmar películas extremadamente rápidas de la proteína rápidamente deslizanteLa proteína busca en el ADN muy rápido: se escanean 10 pares de bases en alrededor de 100 microsegundos un microsegundo corresponde a una millonésima de segundo. Los investigadores se dieron cuenta de que necesitaban realizar mediciones mucho más rápidas de lo que nadie había hecho antes para investigar cómola proteína explora la superficie del ADN en estas escalas de longitud y tiempo.
Usando este nuevo enfoque de microscopía, los autores podrían seguir el camino helicoidal de la proteína deslizante alrededor de la molécula de ADN.
"Es genial que podamos llevar la observación dinámica de las interacciones bimoleculares a la escala de tiempo de menos de milisegundos; aquí es donde ocurre la química de la vida", dice Elf.
La proteína deslizante resultó no seguir estrictamente la pista dada por la geometría helicoidal de la propia molécula de ADN. En cambio, se observó que se salía de su pista con bastante frecuencia haciendo saltos cortos.
"Al saltar, la proteína cambia el escaneo minucioso por velocidad, por lo que puede escanear el ADN más rápido. Esta es una opción realmente inteligente por parte de la proteína, ya que encontrará el objetivo dos veces más rápido usando este mecanismo de búsqueda", dice Marklund.
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Materiales proporcionado por Universidad de Uppsala . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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