Új kutatási eszköz, új válaszok
Több mint ötven éve fedezte fel Robert Roeder a Pol II-t, amely lépésről lépésre halad a DNS-láncon, hogy egy megfelelő RNS-szálat hozzon létre, amelyből később fehérje lesz. Ez a folyamat azonban, különösen a magasabb rendű élőlényeknél, nem egyenletes sebességű. A transzkripció indítása után a Pol II gyakran lelassít és megáll a gén elején, amíg bizonyos szabályozó fehérjék – például a P-TEFb és a PAF1C – át nem váltják gyors üzemmódba. A gén vége felé pedig ismét fokozatosan lassul, így biztosítva a megfelelő befejezést. Ez a tempóváltás kulcsfontosságú: ha a Pol II túl gyors vagy túl lassú, az RNS-molekulák nem megfelelően jönnek létre, vagy nem illeszkednek más sejtes folyamatokhoz. Külön figyelmet érdemel, hogy a gép hibás sebességszabályozása összefüggésbe hozható számos betegséggel.
Egyúttal a technikai akadályok is hozzájárultak ahhoz, hogy eddig miért volt nehéz pontosan feltárni a Pol II szabályozását. A korábbi módszerek sok molekula átlagát mérték, ezért az egyedi fehérjék szerepe elmosódott. Egyszerűbb szervezeteken, például élesztőben végzett kísérletek pedig nem adtak teljes képet arról az összetett szabályozásról, amely a magasabb rendű organizmusokra jellemző. A mostani kutatásban a tudósok ezért laborban, izolált, sejten kívüli körülmények között rakták össze a teljes transzkripciós rendszert, és fejlett képalkotó eljárásokkal, illetve speciális számítógépes elemzésekkel vizsgálták azt.
Molekuláris sebességváltó
Az új platform a biokémia, az egyedi molekulák megfigyelése és a számítástechnika kombinációjával példátlan részletességgel tárta fel, miként dolgozik a Pol II. A kutatók aprólékosan felépítették a transzkripciós gépezetet tisztított emlősfehérjékből, majd valós időben követték annak működését. Egyúttal számítógépes modellezéssel pontosan be tudták azonosítani, mikor és hogyan vált sebességet a Pol II.
A szabályozó fehérjék közül a P-TEFb afféle főkapcsolóként működik: amikor foszforilálja a Pol II-t és a DSIF-komplexet, szabadjára engedi a teljes aktivitást. Külön érdekesség, hogy a DSIF működése összetettebb: attól függően, milyen állapotban van, vagy gyorsítja, vagy épp gátolja a Pol II-t. Ezt követően a PAF1C fehérje felgyorsítja a transzkripciót, amint hozzákapcsolódik a DNS-hez. Az SPT6 fehérje stabilizálja ezt a kapcsolatot, biztosítva, hogy a folyamat zavartalanul folytatódjon.
Miután a PAF1C a helyén van, lehetővé teszi, hogy az RTF1 faktor is kapcsolódjon, ezzel még tovább növelve az átírás sebességét és magasabb fokozatba kapcsolva a Pol II-t. Ez kizárólag a PAF1C jelenlétében történhet; DSIF nélkül nem. E mechanizmus az emlősökben szofisztikáltabb az élesztőben tapasztaltaknál, ami jól mutatja az evolúciós fejlődés bonyolultságát.
Belátás a betegségekbe és új lehetőségek
A kutatók most először pillanthatták meg, hogyan mozog a Pol II emlőssejtekben élettani sebességgel, ráadásul valós időben követhették a segítő fehérjék kötési idejét és dinamikáját. Ez a közvetlen megfigyelés új szemléletet nyit a transzkripció vezérlésében, és segítheti annak megértését, hogy bizonyos szabályozó faktorok – mint például a rákgyógyszer-fejlesztés célpontjaként is szóba jövő P-TEFb – hogyan befolyásolják a folyamatot.
Ennek fényében a most alkalmazott technológia hatalmas áttörést jelenthet a biológiában. Segítségével új, részletes válaszokat kaphatunk régi kérdésekre, és megérthetjük, mi vezethet például a rák kialakulásához vagy az öregedés folyamataihoz. Az új platformot már tovább is fejlesztik: hamarosan olyan fehérjéket is beleépítenek, amelyek a valódi DNS-csomagolódást modellezik.
Külön figyelmet érdemel, hogy a számítógépes alkotóelem önmagában is izgalmas kilátásokat kínál. Bármely rendszer, amely térben navigál és változó sebességű mozgást végez, profitálhat ebből a szoftverből – tehát az alkalmazási lehetőségek rendkívül szélesek.
