Come DNA trova la sua partita

Marzo 16, 2016 Admin Salute 0 4
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I risultati sono pubblicati on-line 8 febbraio dalla rivista Nature.

Difetti di riparazione e la copia del DNA sono fortemente legati al cancro, difetti di nascita e altri problemi.

"Si tratta di una vera svolta", ha detto Stephen Kowalczykowski, professore di microbiologia e co-autore del documento con il ricercatore post-dottorato Anthony Dimenticate. "Questo è un problema che è stato sospeso in campo per più di 30 anni."




"E 'la soluzione di uno dei più grandi problemi ago-in-the-pagliaio in biologia", ha detto il professor Wolf-Dietrich Heyer, un biologo molecolare UC Davis che studia anche la riparazione del DNA, ma non è stato coinvolto in questa ricerca.

"Come un doppio filamento rottura del DNA può trovare la sua partita in un intero genoma, cinque miliardi di coppie di basi nell'uomo? Ora sappiamo che il meccanismo fondamentale", ha detto Heyer.

Dimenticate e Kowalczykowski tecnologia sviluppata nel laboratorio di Kowalczykowski utilizzato negli ultimi 20 anni per lunghezze trappola di DNA e di vigilanza, in tempo reale, come le proteine ​​coinvolte nella riproduzione e riparazione del DNA fanno il loro lavoro.

Il primo passo nella riparazione di un pezzo di DNA danneggiato normalmente a doppio filamento con un processo chiamato ricombinazione è di striscia ad un singolo filamento. Tale DNA a singolo filamento cerca una sequenza complementare entro un cromosoma intatta da utilizzare come modello per guidare la riparazione.

Come fa un breve pezzo singolo filamento di DNA trova la sua esatta socio corrispondente di forse milioni di possibilità? Nel 1970, gli scienziati hanno scoperto una proteina, chiamata RecA nei batteri e Rad51 negli esseri umani, che si lega al DNA a singolo filamento, forma un ampio filamento e la guida al posto giusto nel cromosoma.

"Questo è un aspetto molto importante di manutenzione cromosomi", ha detto Kowalczykowski. "Senza di esso, il vostro genoma inizierà a rimescolare molto velocemente."

Difetti di alcune proteine ​​associate alla riparazione del DNA sono associati ad un aumentato rischio di cancro - per esempio BRCA2, il gene del cancro al seno. Ma gli animali con difetti di Rad51 non hanno nemmeno sopravvivono come embrioni.

Ma come questa ricerca di opere di compatibilità di sequenza del DNA è stato poco chiaro. Il complesso/DNA RecA deve scontrarsi e assaggiare diversi tratti di DNA finché non trova quella giusta, ma il numero di sequenze di ricerca è enorme - è come trovare il proverbiale ago nel pagliaio.

Un modello sarebbe per RecA e il suo DNA a singolo filamento attaccato di scivolare lungo il DNA duplex intatto fino a raggiungere il posto giusto. Oppure, se il DNA è in una forma a spirale come una ciotola di spaghetti, filamento/DNA RecA potrebbe essere in grado di toccare diversi tratti di DNA differenti contemporaneamente, e quindi ridurre il tempo per la ricerca.

Dimenticate stabilito per testare queste idee allungando singole molecole di DNA duplex tra due minuscole perline per creare una forma manubrio. Entrambe le perle sono state tenute in posizione da fasci laser, ma una delle perline potrebbe essere guidato intorno usando il laser. Poi ha aggiunto il RecA montato su DNA a singolo filamento al DNA-manubri e guardato per vedere quanto bene attaccati al DNA bersaglio quando è stato steso, o rilassato e ha permesso di arrotolare.

"Si tratta di esperimenti molto complicati da eseguire", ha detto Kowalczykowski.

Essi hanno scoperto che il complesso RecA attaccato in modo più efficiente al DNA bersaglio quando era in una forma a spirale rilassato.

"La ricerca di omologia è più efficiente quando la densità DNA locale è più elevato e il filamento RecA-DNA può contattare più aree di DNA duplex allo stesso tempo," detto Kowalczykowski. "RecA non scivola lungo il DNA alla ricerca di un partner."

Si consideri un piatto di spaghetti, Kowalczykowski detto. Se stavate cercando una piccola regione in un solo pezzo di spaghetti nella ciotola, si potrebbe prendere diversi filoni in una sola volta ed esaminare rapidamente ogni. Ma se gli spaghetti stese in un lungo pezzo, è possibile selezionare solo una parte di un pezzo alla volta.

Kowalczykowski ha iniziato a lavorare sul sistema per studiare singole molecole di DNA nel 1991 con la fine Ron Baskin, professore di biologia molecolare e cellulare alla UC Davis. Nel 2001, hanno dimostrato la tecnica filmando un enzima chiamato elicasi al lavoro in tempo reale svolgimento la doppia elica del DNA. Da allora, hanno usato il metodo per ottenere nuove intuizioni del complesso di proteine ​​che copiano e riparazione del DNA.

Laboratorio di Kowalczykowski è stato anche uno dei due gruppi di UC Davis per purificare la proteina prodotta dal gene BRCA2, fortemente associati con il cancro al seno. BRCA2, si scopre, carica Rad51 - l'equivalente umano di RecA nei batteri - sul DNA per cercare il DNA umano per la regione corretta da utilizzare per la riparazione.

Il lavoro è stato finanziato dal National Institutes of Health e l'American Cancer Society.

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