Οι χημικοί ανακαλύπτουν πώς τα κύτταρα δημιουργούν σταθερότητα κατά τη διάρκεια κρίσιμων μεταφορών πληροφοριών DNA-to-RNA

Σε μια σημαντική ανακάλυψη, οι χημικοί έχουν αποκαλύψει τον τρόπο με τον οποίο τα κύτταρα διατηρούν τη σταθερότητα κατά τη διάρκεια μιας κρίσιμης διαδικασίας που ονομάζεται μεταγραφή DNA, η οποία περιλαμβάνει το σχηματισμό αγγελιοφόρου RNA (mRNA) από γενετικές πληροφορίες που κωδικοποιούνται στο DNA. Αυτή η ανακάλυψη ρίχνει φως στους περίπλοκους μοριακούς μηχανισμούς που εξασφαλίζουν ακριβή μεταφορά πληροφοριών εντός των κυττάρων, ένα θεμελιώδες βήμα για την κατάλληλη γονιδιακή έκφραση και τη λειτουργία των κυττάρων.

Η έρευνα, που διεξήχθη από μια ομάδα επιστημόνων με επικεφαλής τον καθηγητή Hashim M. Al-Hashimi από το Πανεπιστήμιο του Δούκα, επικεντρώθηκε σε μια μοριακή μηχανή γνωστή ως RNA πολυμεράση, η οποία δρα ως κύριος ρυθμιστής της μεταγραφής. Αυτή η μοριακή μηχανή διαβάζει τον γενετικό κώδικα στο DNA και το χρησιμοποιεί ως πρότυπο για να κατασκευάσει μόρια mRNA που φέρουν τις γενετικές οδηγίες σε άλλα μέρη του κυττάρου για σύνθεση πρωτεϊνών.

Μία από τις προκλήσεις κατά τη διάρκεια της μεταγραφής είναι η πιθανότητα ολίσθησης ή παύσης της RNA πολυμεράσης, οδηγώντας σε σφάλματα στη σύνθεση mRNA και δυνητικά επιβλαβείς μεταλλάξεις στις γενετικές πληροφορίες του κυττάρου. Για να αποφευχθούν αυτά τα σφάλματα, τα κύτταρα χρησιμοποιούν έναν εξελιγμένο μηχανισμό διόρθωσης που περιλαμβάνει μια περιοχή εντός της πολυμεράσης RNA γνωστή ως "μοριακός κυβερνήτης".

Ο καθηγητής Al-Hashimi και η ομάδα του ανακάλυψαν ότι ο μοριακός κυβερνήτης επιτυγχάνει την ακρίβειά του όχι με ακριβή μέτρηση αλλά μάλλον μέσω δυναμικών αλλαγών διαμόρφωσης που επιτρέπουν στην ταχέως "αίσθηση" της RNA όταν η μεταγραφή προχωράει εσφαλμένα. Αυτή η ευελιξία εξασφαλίζει ότι εντοπίζονται και διορθώθηκαν σφάλματα πριν οδηγήσουν σε μόνιμες αλλοιώσεις στο μόριο mRNA.

Η ερευνητική ομάδα χρησιμοποίησε προηγμένες βιοφυσικές τεχνικές, συμπεριλαμβανομένης της μεταφοράς ενέργειας φθορισμού μονού μορίου (SMFRET) και των προσομοιώσεων μοριακής δυναμικής, για να αποκαλύψει τη δυναμική φύση του μοριακού κυβερνήτη και τον ρόλο της στη διατήρηση της μεταγραφικής πιστότητας. Αυτές οι τεχνικές παρείχαν γνώσεις σε πραγματικό χρόνο στις δομικές αλλαγές που συμβαίνουν κατά τη διάρκεια της μεταγραφής και επέτρεψαν στους επιστήμονες να παρατηρήσουν τον μοριακό κυβερνήτη σε δράση.

Τα ευρήματα ρίχνουν νέο φως στην κρίσιμη αλληλεπίδραση μεταξύ της δομικής δυναμικής και της βιολογικής λειτουργίας σε κυτταρικές διεργασίες, αποκαλύπτοντας την κομψότητα και την ακρίβεια των μοριακών μηχανισμών που χρησιμοποιούν τα κύτταρα για να εξασφαλίσουν την ακρίβεια στη μεταφορά πληροφοριών. Η κατανόηση αυτών των μηχανισμών έχει πιθανές συνέπειες στην κατανόηση και ενδεχομένως τη θεραπεία των γενετικών παθήσεων και των διαταραχών που προκύπτουν από σφάλματα στη μεταγραφή DNA σε RNA.

Η μελέτη, που δημοσιεύθηκε στο διάσημο περιοδικό Nature, υπογραμμίζει τη σημασία της διεπιστημονικής έρευνας στη διεπαφή της χημείας, της βιολογίας και της φυσικής στην προώθηση της κατανόησης των σύνθετων κυτταρικών διεργασιών. Ανακαλύπτοντας τα μυστικά της μεταφοράς κυτταρικών πληροφοριών, οι επιστήμονες συνεχίζουν να ανοίγουν το δρόμο για καινοτόμες προσεγγίσεις στον τομέα της γενετικής, ανοίγοντας νέους δρόμους για τη διάγνωση και τη θεραπεία της νόσου.