Новое междисциплинарное исследование Северо-Западного университета сообщает, что важная связь белок-ДНК может быть разорвана несвязанными белками, плавающими в клетке. Это открытие проливает свет на то, как молекулы самоорганизуются и как динамически контролируется экспрессия генов.
«То, как белки взаимодействуют с ДНК, определяет биологическую активность всех живых организмов», — сказал Джон Ф. Марко, профессор молекулярных биологических наук, физики и астрономии в Северо-Западном колледже искусств и наук Вайнберга. "Неизбежно любой сбой в этой сети взаимодействия может привести к злонамеренным условиям. Чрезвычайно важно точно понять механизмы взаимодействия, лежащие в основе ассоциаций белок-ДНК."
Чтобы понять эту жизненно важную взаимосвязь, Марко провел исследование, в котором изучали участки, где один белок связывается с ДНК.
Нити ДНК имеют определенные участки, на которых другие молекулы могут связываться и становиться частью генетического кода ДНК. Один тип ДНК-связывающих белков, называемых факторами транскрипции (TF), играет ключевую роль в транскрипции генетической информации из ДНК в информационную РНК (мРНК) для производства новых белков или других типов РНК.
Белки ТФ контролируют биологические процессы в живых клетках путем связывания и расцепления с ДНК.
В эксперименте Марко и его команда разработали концентрацию белков ТФ, связанных с ДНК, в смеси с несвязанными белками ТФ, которые конкурировали со связанными белками за их сайты связывания. Они заметили, что несвязанные белки заставляют связанные белки диссоциировать от ДНК.
Затем несвязанные белки украли новые доступные сайты одиночного связывания.
«Наши эксперименты показывают, что диссоциация происходит на уровне единственного взаимодействия белок-ДНК», — сказал Марко. "Это новая информация для поля."
При поддержке Национального института здравоохранения и Национального научного фонда исследование было опубликовано на этой неделе в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. Рэмси Камара, бывший научный сотрудник лаборатории Марко, был первым автором статьи. Соавтором статьи является Моника Ольвера де ла Крус из Northwestern Engineering, юрист Тейлор, профессор материаловедения и инженерии.
Ольвера де ла Крус руководил разработкой теоретической модели и выполнил молекулярно-динамическое моделирование, чтобы показать преобладание разрыва белок-ДНК в сайте однократного связывания из-за белков-конкурентов. Это опровергает прежние представления о том, что на связи белок-ДНК не влияют несвязанные белки, а вместо этого они являются результатом более «кооперативных» взаимодействий между многими молекулами, большими кластерами белков или длинными сегментами ДНК.
«Наши результаты показывают, что диссоциация белок-ДНК может иметь сильное влияние на динамику биологических процессов, которые зависят от связывания белка in vivo», — сказал Ольвера де ла Крус. "Это может быть важным фактором, который следует учитывать при моделировании экспрессии генов в живых клетках."