Protein SMC dapat membalikkan arah, membentuk kembali DNA dan menyelesaikan debat ilmiah utama. Penemuan ini dapat memengaruhi penelitian pada penyakit terkait gen.
Para ilmuwan dari Delft, Wina, dan Lausanne telah menemukan bahwa mesin protein yang bertanggung jawab untuk membentuk DNA kami dapat membalikkan arah mereka.
Sebelumnya, diyakini bahwa motor SMC ini, yang menciptakan loop dalam DNA, hanya bisa bergerak ke satu arah. Penemuan inovatif ini, diterbitkan di Selmemberikan wawasan penting tentang bagaimana motor ini mengatur genom kita dan mengatur aktivitas gen.
Menghubungkan DNA
“Kadang -kadang, sel harus cepat dalam mengubah gen mana yang harus diekspresikan dan mana yang harus dimatikan, misalnya sebagai respons terhadap makanan, alkohol, atau panas. Untuk mematikan dan menghidupkan gen, sel menggunakan pemeliharaan struktural motor kromosom (SMC) yang bertindak seperti sakelar untuk menghubungkan berbagai bagian DNA, ”kata penulis pertama Roman Barth.
“Namun, mesin SMC secara alami tidak tahu bagian mana yang akan terhubung. Mereka hanya memuat di suatu tempat pada DNA dan mulai membentuknya menjadi satu loop sampai mereka mencapai titik di mana mereka dipaksa untuk berhenti. Itu sebabnya mereka sangat bergantung pada kemampuan untuk menjelajahi kedua sisi DNA untuk menemukan tanda berhenti yang tepat. ”
Gearbox
Ahli biofisika di Delft University of Technology sekarang menemukan bahwa motor SMC dapat beralih arah, bertentangan dengan apa yang dianggap mungkin.
“Eksperimen kami menunjukkan bahwa SMC sejenak menarik DNA dari satu sisi, dan kemudian beralih arah untuk menarik DNA dari sisi yang berlawanan. Dengan melakukan itu, mereka dapat menarik DNA ke dalam loop dari kedua sisi dari waktu ke waktu. Kami menemukan ini benar untuk semua jenis motor SMC, yang ada banyak, ”kata Delft Profesor Cees Dekker, yang mengawasi penelitian, mengatakan.
“Anda dapat membandingkannya dengan gearbox di mobil: dengan tongkat gear manual, Anda dapat membiarkan mobil bergerak maju atau mundur. Kami bahkan mengidentifikasi 'tuas roda gigi', subunit protein nipbl, dalam protein motorik SMC kohesin. “
Nanoteknologi yang mengesankan
Untuk menemukan gigi terbalik motor SMC, para peneliti menggunakan mikroskop buatan rumah canggih untuk melihat protein tunggal pada molekul DNA individu.
Itu sendiri adalah pencapaian yang mengesankan, seperti yang dijelaskan Barth: ”Sel tunggal mengandung jutaan protein dan tubuh manusia terbuat dari triliunan sel. Menarik beberapa protein dan mampu 'menonton' mereka satu per satu adalah prestasi nanoteknologi yang luar biasa yang melibatkan pencitraan pada skala nanometer – 100.000 lebih kecil dari lebar rambut manusia. “
Penyakit neurodegeneratif
“Begitu kita memahami bagaimana motor molekul SMC membentuk DNA, kita mungkin mulai menanyakan apa yang salah dalam penyakit seperti kanker dan penyakit neurogeneratif, dan yang penting, bagaimana cara memperbaikinya,” kata Barth.
“Penyakit neurogeneratif misalnya dapat menjadi hasil dari gen yang salah regulasi selama tahap awal kehamilan. Faktanya, ada beberapa penyakit parah, seperti sindrom Cornelia de Lange, terkait dengan SMC, di mana motor kemungkinan gagal untuk beralih dengan benar di dalam sel embrio. “
Sains dalam aksi
Studi ini akhirnya menyelesaikan kebingungan dalam komunitas ilmiah tentang berbagai teori yang bertentangan tentang cara kerja SMC. Penelitian awal menunjukkan bahwa SMC dapat secara ketat hanya bergerak dalam satu arah, sementara penelitian lain menunjukkan bahwa mereka menarik DNA dari kedua belah pihak secara bersamaan. Penemuan menyelesaikan kontroversi ini.
Barth: “Setelah menemukan kesamaan di antara motor SMC membantu memfokuskan dan merampingkan bidang penelitian SMC. Kita tidak perlu mencari mekanisme baru untuk setiap jenis protein SMC lagi. Ini juga akan mempercepat bidang sains terapan. Saya akan senang melihat pengetahuan ini pindah ke perusahaan farmasi, rumah sakit, dan akhirnya kantor dokter. “
Referensi: “Protein motor SMC mengekstrusi DNA asimetris dan dapat beralih arah” oleh Roman Barth, Iain F. Davidson, Jaco van der Torre, Michael Taschner, Stephan Gruber, Jan-Michael Peters dan Cees Dekker, 16 Januari 2025, Sel.
Doi: 10.1016/j.cell.2024.12.020
