Οι βιοχημικοί χρησιμοποιούν μηχανική πρωτεϊνών για τη μεταφορά ομάδων φωτοεκτύπωσης στο DNA
Το DNA (δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ) είναι η βάση της ζωής στη γη. Η λειτουργία του DNA είναι να αποθηκεύει όλες τις γενετικές πληροφορίες, τις οποίες πρέπει να αναπτύξει, να λειτουργήσει και να αναπαραγάγει ένας οργανισμός.
Είναι ουσιαστικά ένα βιολογικό εγχειρίδιο οδηγιών που βρίσκεται σε κάθε κελί. Οι βιοχημικοί στο Πανεπιστήμιο του Münster έχουν πλέον αναπτύξει μια στρατηγική για τον έλεγχο των βιολογικών λειτουργιών του DNA με τη βοήθεια του φωτός.
Αυτό επιτρέπει στους ερευνητές να κατανοήσουν καλύτερα και να ελέγξουν τις διάφορες διαδικασίες που λαμβάνουν χώρα στο κύτταρο - για παράδειγμα επιγενετική, η βασική χημική αλλαγή και ο ρυθμιστικός μοχλός στο DNA. Τα αποτελέσματα έχουν δημοσιευτεί στο περιοδικό Angewandte Chemie.
Ιστορικό και μεθοδολογία
Οι λειτουργίες του κυττάρου εξαρτώνται από ειδικά μόρια, τα ένζυμα. Τα ένζυμα είναι πρωτεΐνες, οι οποίες πραγματοποιούν χημικές αντιδράσεις στο κύτταρο.
Συμβάλλουν στη σύνθεση μεταβολικών προϊόντων, δημιουργούν αντίγραφα των μορίων DNA, μετατρέπουν την ενέργεια για τις δραστηριότητες των κυττάρων, αλλάζουν επιγενετικά το DNA και καταστρέφουν ορισμένα μόρια.
Μια ομάδα ερευνητών με επικεφαλής τον καθηγητή Andrea Rentmeister από το Ινστιτούτο Βιοχημείας του Πανεπιστημίου του Münster χρησιμοποίησε τη λεγόμενη ενζυματική αντίδραση καταρράκτη προκειμένου να κατανοήσει και να παρακολουθήσει καλύτερα αυτές τις λειτουργίες.
Αυτή η ακολουθία διαδοχικών βημάτων αντίδρασης που περιλαμβάνουν διαφορετικά ένζυμα καθιστά δυνατή τη μεταφορά των λεγόμενων ομάδων φωτοεκτύπωσης - χημικών ομάδων, οι οποίες μπορούν να αφαιρεθούν μέσω ακτινοβόλησης με φως - στο DNA.
Προηγουμένως, Μελέτες έδειξαν ότι μόνο μικρά υπολείμματα (μικρές τροποποιήσεις όπως ομάδες μεθυλίου) μπορούσαν να μεταφερθούν πολύ επιλεκτικά σε DNA, RNA (ριβονουκλεϊκό οξύ) ή πρωτεΐνες.
"Ως αποτέλεσμα της δουλειάς μας, είναι πλέον δυνατή η μεταφορά μεγαλύτερων υπολειμμάτων ή τροποποιήσεων, όπως οι ομάδες φωτογράφησης που μόλις αναφέρθηκαν", εξηγεί ο Nils Klöcker, ένας από τους κορυφαίους συγγραφείς της μελέτης και διδακτορικός φοιτητής στο Ινστιτούτο Βιοχημείας. Σε συνεργασία με τον δομικό βιολόγο καθηγητή Daniel Kümmel, ο οποίος εργάζεται επίσης στο Ινστιτούτο Βιοχημείας, ήταν επίσης δυνατό να εξηγηθεί η βάση της αλλαγμένης δραστηριότητας σε μοριακό επίπεδο.
Χρησιμοποιώντας τη λεγόμενη μηχανική πρωτεΐνης - μια μέθοδο για την οποία απονεμήθηκε το βραβείο Νόμπελ το 2018 - οι ερευνητές του Münster δημιούργησαν ένα ένζυμο στον καταρράκτη, καθιστώντας δυνατή την ενεργοποίηση και απενεργοποίηση των λειτουργιών DNA μέσω φωτός.
Με τη βοήθεια του σχεδιασμού των πρωτεϊνών, ήταν δυνατό να επεκταθεί το φάσμα των ενζύμων του υποστρώματος - σε αυτήν την περίπτωση, μεθειονίνη αδενοσυλτρανσφεράσες (MATs). Στην εργασία τους, οι ερευνητές εξέτασαν δύο MAT. Οι τροποποιήσεις που πραγματοποιήθηκαν προσφέρουν ένα σημείο εκκίνησης για την ανάπτυξη άλλων MAT με ένα διευρυμένο φάσμα υποστρώματος. "Ο συνδυασμός αυτών των MAT με άλλα ένζυμα έχει δυνατότητα για μελλοντικές κυτταρικές εφαρμογές. Αυτό είναι ένα σημαντικό βήμα για την εφαρμογή in-situ παραγόμενων, μη φυσικών ουσιών για άλλα ένζυμα σε επιγενετικές μελέτες", λέει ο Andrea Rentmeister.
Η μελέτη έλαβε οικονομική υποστήριξη από το Γερμανικό Ίδρυμα Ερευνών (DFG), το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο Έρευνας (ERC) και το δίκτυο "IRTG Münster-Toronto"