Živé buňky si aktivitu svých genů regulují i pomocí bílkovin, které se vážou na specifické místa v DNA (DNA-vazebné proteiny, DNA-binding proteins). Díky tomu si různé buňky v pravý čas vykonávají své povinnosti. Aby vše v tomhle velkém a složitém orchestru harmonicky klapalo, musí takový protein dostatečně rychle najít ten svůj správný úsek DNA.
Protein jsi nejrychlejší cestu k správné sekvenci bází DNA „volí“ střídavě napříč cytoplasmatickým prostorem a pak podél dvoušroubovice DNA.
Ilustrace: Uppsala Universitet
Výzkumnému týmu se již dříve podařilo odhalit, že molekule bílkoviny trvá jen pár minut, než si „prohlédne“ miliony téměř identických alternativ možného připojení a najde své pravé místo pro navázání k DNA. Ani tak však nedokázali vysvětlit, jak se to může dít dostatečně rychle. Nový model, základem kterého je teorie takzvaného usnadněného pronikání, dokáže simulovat, jak bílkovina najde svůj cílový úsek v dostatečně krátkém časovém limitu.
"Bereme do úvahy existenci mnoha překážek na cestě bílkoviny putující podél vláken DNA a tak můžeme nyní přesně vypočítat, jak dlouho jí trvá cíl najít", vysvětluje Johan Elf, docent molekulární biotechnologie v Centru pro bioinformatiku.
Kromě zpřesnění času, potřebného k nalezení správného místa v DNA, odpovídá nový teoretický model i na otázku, proč v buňce existuje určitá optimální celková koncentrace DNA-vazebných bílkovin. Pokud by jich totiž bylo více, nestihly by se v dostatečně krátkém čase prodrat množstvím překážek na místo svého určení. Navzájem by se pletly do cesty. Na druhé straně, pokud by jich bylo příliš málo, dosažení cíle by bylo pomalé. „Pátrací akce“ po konkrétní krátké sekvenci nukleotidů mezi miliardami bázových párů by se tak účastnilo málo bílkovinných molekul daného typu. A do třetice – model nabízí vysvětlení, proč tak mnoho bílkovin propojuje více míst na DNA poblíž regulačních oblastí genů, kterých aktivitu potřebují změnit. Vytvoří tím na dvouzávitnici smyčky, které pak urychlují hledání cíle pro další proteiny.
Zdroj: Uppsala University news
DNA-vazebné proteiny jsou jedním z nástrojů buňky, kterým si řídí přepis (transkripci) a zkopírování (replikaci) své DNA. Pomocí nich si taky dělá pořádek v uspořádání DNA a seskupuje ji do chromozomů. Ty se pak v jádrech eukaryotických buněk dál spolu s dalšími typy vazebných bílkovin shlukují do chromatinu.
Tím, že se DNA-vazebné proteiny připojují na specifická místa v DNA a případně je propojují do určitého uspořádání, nebo ohýbají, či deformují lokální strukturu DNA, ovlivňují některé její funkce. Navázání se bílkoviny k cílovému místu na DNA může vést například její k její metylaci, fosforylaci, či acetylaci, tedy k chemickým změnám, které příslušnou DNA více, nebo méně zpřístupní pro čtecí mechanizmy – transkripční faktory.
Jiné DNA-vazebné proteiny se například vážou na část separovaného samostatného vlákna DNA, které vzniká v průběhu replikace, nebo rekombinace, či oprav DNA. Bílkovina v tomto procesu osamocené jednovláknové DNA řetězce stabilizuje a chrání před vytvářením smyček, nebo před jejich degradací nukleázou.
Další velká skupina DNA-vazebných bílkovin má jinou důležitou funkci – připojuje se na konkrétní sekvence a řídí přepis. Jde i o vzpomenuté transkripční faktory. Každý z nich má za úkol najít konkrétní sadu sekvencí DNA, navázat se na ni a regulovat (aktivovat, nebo naopak potlačovat) přepis genů, které mají tyto sekvence blízko svých promotorů (úseků DNA se specifickou sekvencí nukleotidů, podle nichž RNA polymeráza „ví“ odkud má začít číst úsek DNA s příslušným genem).
Bílkoviny znají dva způsoby, jak přepis regulovat – buď vážou RNA polymerázu, jež je za přepis odpovědna, nebo vážou enzymy, které polymeráze usnadní, nebo znemožní přístup k templátu (k jednovláknovému vzoru pro vytvoření kopie pomocí transkripce). Protože se tyhle DNA cíle pro připojení DNA vazebných bílkovin můžou nacházet na mnoha místech v genomu příslušného organizmu, změny aktivity jednoho typu transkripčního faktoru můžou ovlivnit expresi tisíců genů. Vazebné bílkoviny pomáhají organizmu správně reagovat na změny okolního prostředí.
Diskuze:
