Οι βιολόγοι αποκαλύπτουν πώς η γυρράση επιλύει τις εμπλοκές του DNA

Σε μια πρόσφατη ανακάλυψη, οι βιολόγοι έχουν αποκαλύψει τους περίπλοκους μηχανισμούς με τους οποίους η γυρράση, ένα ζωτικό ένζυμο, επιλύει τις εμπλοκές του DNA, επιτρέποντας στα κύτταρα να διατηρούν τη γονιδιωματική σταθερότητα και τη σωστή λειτουργία. Αυτή η ανακάλυψη ρίχνει φως σε μια θεμελιώδη κυτταρική διαδικασία που επηρεάζει διάφορες πτυχές της βιολογίας.

Το DNA, το σχέδιο της ζωής, είναι ένα μόριο διπλής έλικας που μπορεί εύκολα να μπερδευτεί λόγω του μήκους του και των σταθερών κυτταρικών δραστηριοτήτων που χειρίζονται τη δομή του. Αυτές οι εμπλοκές, αν δεν επιλυθούν, μπορούν να διαταράξουν τις βασικές διεργασίες όπως η αντιγραφή και η μεταγραφή του DNA, που ενδεχομένως οδηγούν σε γονιδιωματική αστάθεια και κυτταρική δυσλειτουργία.

Η γυρράση, μια τοποϊσομεράση τύπου II, διαδραματίζει κεντρικό ρόλο στην απομάκρυνση των κόμβων του DNA και στην αποτροπή αυτών των πιθανών καταστροφών. Επιτυγχάνει αυτό προσωρινά σπάζοντας και τα δύο σκέλη της διπλής έλικας, περνώντας το εμπλεγμένο τμήμα μέσω του προκύπτουσα χάσμα και στη συνέχεια επανασχεδιάζοντας το DNA.

Για να κατανοήσουμε τον τρόπο με τον οποίο η γυρράση λειτουργεί σε μοριακό επίπεδο, οι βιολόγοι χρησιμοποίησαν προηγμένες τεχνικές απεικόνισης και υπολογιστική μοντελοποίηση για να απεικονίσουν και να προσομοιώσουν τις αλληλεπιδράσεις του ενζύμου με το DNA. Ανακάλυψαν ότι η γυρράση λειτουργεί σε μηχανισμό δύο σταδίων.

Στο πρώτο βήμα, η γυρράση συνδέεται με το DNA και προκαλεί μια αλλαγή διαμόρφωσης που ανοίγει τη διπλή έλικα, δημιουργώντας ένα παροδικό χάσμα μεταξύ των συμπληρωματικών κλώνων. Αυτό το βήμα απαιτεί την υδρόλυση του ΑΤΡ, το κυτταρικό νόμισμα ενέργειας, παρέχοντας την ενέργεια που απαιτείται για να ξεπεραστεί οι ισχυροί δεσμοί που συγκρατούν το DNA μαζί.

Μόλις δημιουργηθεί το χάσμα, η γυρράση προχωρήσει στο δεύτερο βήμα. Μεταφέρει ενεργά το εμπλεγμένο τμήμα DNA μέσω του χάσματος, ξεδιπλώνοντας αποτελεσματικά τον κόμπο ή αφαιρώντας τυχόν τοπολογικούς περιορισμούς. Αυτό το βήμα περιλαμβάνει μια σειρά μεταβολών διαμόρφωσης στο ένζυμο, επιτρέποντας την ακριβή χειραγώγηση του DNA.

Η κατανόηση των μοριακών μηχανισμών της γυράσης παρέχει πληροφορίες για το πώς τα κύτταρα διατηρούν την ακεραιότητα του γενετικού τους υλικού. Αυτή η γνώση έχει επιπτώσεις στην κατανόηση των θεμελιωδών βιολογικών διεργασιών όπως η αντιγραφή του DNA, η μεταγραφή και η συντήρηση του γονιδιώματος. Ανοίγει επίσης νέους δρόμους για έρευνα για την ανάπτυξη αντιβιοτικών που στοχεύουν στην γυράση σε βακτήρια που προκαλούν ασθένεια, ανοίγοντας το δρόμο για νέες θεραπευτικές στρατηγικές.