Szpulki, na które nawinięte są nici DNA

Gdyby DNA nie było porządnie i dokładnie pozwijane w naszych komórkach, panowałby tam pewnie niezły bałagan! Badacze z UAM zbadali rolę szpulek, na które nawinięte są geny. Okazuje się, że struktury te odgrywają istotną, niepoznaną wcześniej rolę i w aktywacji, i w wyłączaniu genów.

– Cząsteczki DNA są bardzo długie! Gdyby rozwinąć tylko pierwszy chromosom człowieka, otrzymalibyśmy nić o długości 8,5 cm – opowiada w rozmowie z PAP dr hab. Piotr Ziółkowski z Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza. W dodatku mamy przecież nie jeden, ale aż 23 pary chromosomów, co odpowiada łącznej długości ponad 2,2 metrów DNA w praktycznie każdej komórce (dorosły człowiek ma ok. 37 bilionów komórek). A przecież komórki są maleńkie! Niektóre z nich mają objętość zaledwie 7 mikronów, czyli są niemal 200 razy mniejsze niż łebek szpilki. Jak to się więc dzieje, że DNA się nie plącze i że sprawnie mieści się w maleńkim jądrze komórki? A w dodatku możliwe jest dotarcie do dowolnej informacji i wyprodukowanie odpowiednich białek?

W tym wszystkim pomagają nukleosomy – szpulki, na które nawinięte jest DNA. Nukleosomy te zbudowane są z białek – histonów. Są one na tyle kluczowe dla prawidłowego działania organizmu, że w toku ewolucji niewiele się zmieniały. Białka te wyglądają więc niemal tak samo u roślin, jak i u ludzi. A to dla naukowców sygnał, że są one bardzo istotne w funkcjonowaniu komórki. Przez długi czas myślano, że struktury te to jedynie rusztowania dla DNA. Ale od prawie 30 lat wiadomo, że DNA związane z białkami szpulek regulują również ekspresję genów.

Badacze z UAM skupili się na jednym z takich „szpulkowych” białek – histonie H2A.Z. Poprzednio naukowcy nie byli zgodni, jaka jest rola nukleosomów zawierających H2A.Z. Niektórzy myśleli, że białka te pomagają aktywować geny, inne badania wskazywały, że wręcz przeciwnie – mają swój udział przy wyłączaniu genów.

– My jako pierwsi pokazaliśmy, że ten wariant histonu może pełnić obie te przeciwstawne role – komentuje dr hab. Ziółkowski. Badania, którymi kierował ukazały się w marcu w piśmie The Plant Cell. Badacz z UAM wyjaśnia, że u roślin histon H2A.Z znajduje się nie tylko w szpulce na początku każdego genu, ale białek tych jest też szczególnie dużo wzdłuż genów odpowiedzi na stres środowiskowy.

– Badano więc, jak działają białka, kiedy np. roślina będzie przebywała w zbyt zasolonym środowisku – w warunkach tzw. stresu osmotycznego. Okazało się, że rośliny z ograniczoną ilością histonu H2A.Z kiełkowały znacznie później niż zwykłe rośliny. Nie potrafiły odpowiednio koordynować włączania czy wyłączania genów w reakcji na suszę – powiedział dr hab. Ziółkowski.

Z badań Polaków wynika, że inne funkcje pełni histon na początku genu – tam umożliwia rozwinięcie nici DNA ze szpulki i zapoczątkowuje proces prowadzący do ekspresji genu. Ale zupełnie inną funkcję pełni taki histon w dalszej części genu. Tam wręcz zapobiega przypadkowemu odwinięciu się nici i w konsekwencji niepożądanej produkcji białek. Autorzy odkryli, że w warunkach stresowych H2A.Z jest wyrzucany ze szpulek wzdłuż genów, które powinny zostać włączone, umożliwiając tym samym ich wydajną ekspresję. – Ciągle nie rozumiemy jednak, z czego wynika różne działanie H2A.Z w nukleosomach zlokalizowanych na początku i wzdłuż genu – kończy dr Ziółkowski.

 

POWRÓT DO STRONY GŁÓWNEJ działu nauka