I ricercatori olandesi scoprono come può piegarsi un filamento di DNA

Finalmente sappiamo per quanto tempo i filamenti di DNA si piegano in X lanose. Sapevamo già che la forma dei cromosomi influenzava processi essenziali, come la divisione cellulare e l’attivazione e disattivazione dei geni. Sapevamo anche già che il complesso proteico della coesina svolge un ruolo importante nel ripiegamento dei cromosomi riunendo i filamenti di DNA. Ma il modo in cui la coesione “sceglie” a quale pezzo di DNA legarsi era una grande domanda.

Due studi olandesi forniscono risposte: il record degli scienziati della TU Delft Natura che la rigidità dell’elica del DNA determina come la coesione modella i cromosomi. E al Netherlands Cancer Institute, i ricercatori hanno scoperto un principio di bloccaggio universale che le proteine ​​usano per legare la coesione a un pezzo di DNA. Pubblicano questo Biologia strutturale e molecolare della natura.

Il nostro DNA è diviso in diversi cromosomi, che si trovano nel nucleo della cellula come lunghi filamenti per la maggior parte del tempo. Ma prima che una cellula possa dividersi, un tale cromosoma deve raddoppiarsi. “Questi fili di spaghetti si trasformano poi in pezzi compatti di maccheroni”, afferma Benjamin Rowland, capogruppo di ricerca presso NKI. Con mani e piedi, spiega come il DNA viene raddoppiato e arrotolato. Il risultato sono due cromosomi identici uniti a metà: una X lanosa di DNA compatto.

Loop nel DNA

Un complesso di diverse proteine, la coesione, svolge un ruolo importante in questo: tiene insieme due filamenti di DNA come un anello. Il complesso avvolge il DNA in modo che possa regolare i geni e tenere insieme due cromosomi identici finché la cellula non si divide. Un’altra proteina, CTCF, determina dove l’anello di coesione si lega al DNA.

“La nostra ipotesi era che CTCF agisse semplicemente come un segnale di stop per la coesione, segnando dove dovrebbe creare anelli nel DNA”, afferma Cees Dekker, professore di biofisica molecolare alla TU Delft. Il processo si è rivelato molto più dinamico. Dekker: “Abbiamo scoperto per caso che la quantità di tensione sul pezzo di DNA influenza questa funzione di blocco del CTCF. Se c’è più forza sul trefolo, CTCF interrompe la formazione del ciclo di coesione. Questo alla fine ha un effetto su quali geni vengono attivati ​​e disattivati. »

La tensione è causata dal macchinario proteico che si muove sul DNA e, per esempio, trascrive il DNA in RNA. Roman Barth, autore principale dell’articolo, paragona il CTCF a un semaforo: “I pedoni prestano più attenzione quando la strada è trafficata. Non passi velocemente al semaforo rosso. Quando molte proteine ​​sono attive sul DNA, c’è più tensione e la coesione ascolta meglio il fuoco CTCF.

Due elementi costitutivi

Mentre il gruppo di Dekker ha ingrandito il livello di una singola molecola di DNA, il gruppo di Rowland ha studiato l’effetto della coesione su scala cromosomica. “Nel 2020, abbiamo esposto come CTCF si lega alla coesione: secondo un principio di blocco dei tasti. Due blocchi di costruzione CTCF si inseriscono perfettamente in una cava di cohesin”, afferma Rowland. CTCF non è l’unico regolatore della coesione. Mentre CTCF lega la coesina per creare anse di DNA, un’altra proteina, SGO1, lega la coesina per tenere insieme i cromosomi per la divisione cellulare.

I ricercatori hanno determinato la struttura spaziale di SGO1. Con loro sorpresa, la proteina si è rivelata avere gli stessi elementi costitutivi e quindi si adatta anche al blocco della coesina come chiave molecolare. Rowland: “Questo risultato è stato affascinante. In effetti, queste due proteine ​​sembrano essere solo la punta dell’iceberg di un meccanismo universale attraverso il quale le cellule strutturano i cromosomi.

Entrambi gli studi non hanno applicazioni dirette, dicono gli scienziati. “Capire come funziona la coesione è particolarmente importante perché svolge un ruolo cruciale nella struttura dei cromosomi in tutti gli organismi”, afferma Rowland.