Ómótuð prótein stýra aðgengi að erfðaupplýsingum
Vísindamenn við Háskóla Íslands birtu nýlega niðurstöður rannsókna í vísindatímaritinu Nature Chemistry sem varpa nýju ljósi á það hvernig líkaminn nálgast erfðaupplýsingar sem hafa áhrif á alla starfsemi líkamans. Dr. Pétur Orri Heiðarsson, dósent í lífefnafræði við Háskóla Íslands, er aðalhöfundur greinarinnar en rannsóknin var unnin í samstarfi við vísindamenn frá Sviss, Bandaríkjunum og Nýja-Sjálandi.
„Við skoðuðum tiltölulega nýuppgötvuð prótein sem, ólíkt öðrum próteinum, eru án fastrar þrívíðrar byggingar. Þessi prótein eru ómótuð og við erum rétt að byrja að skilja mátt þeirra og mikilvægi í líffræði og sjúkdómum. Í þessari rannsókn var skoðað sérstaklega hvernig ómótuð prótein hafa áhrif á aðgengi að upplýsingum í erfðamengi mannsins,“ segir Pétur.
Erfðaupplýsingar eru geymdar í sameind sem kallast DNA og er staðsett í kjarna hverrar einustu frumu í líkamanum. DNA er gífurlega stór sameind og til að hún komist fyrir í frumunum okkar er henni pakkað saman með eins konar límsameindum sem kallast histón. DNA og histón límast vegna þess að andstæður laðast að hvor annarri en DNA og histón hafa gagnstæða rafhleðslu. Til þess að líkaminn geti lesið erfðaupplýsingarnar sem eru geymdar í DNA þarf að losa histón frá erfðaefninu en hvernig það gerist nákvæmlega er flókið og hefur hingað til ekki verið þekkt að fullu.
„Við settum fram þá tilgátu að ómótuð prótein með neikvæða hleðslu, eins og DNA, geti bundist við histón og komið tímabundið í veg fyrir að ákveðnum svæðum í erfðamenginu sé pakkað saman. Það myndi stuðla að því að réttar erfðaupplýsingar væru aðgengilegar líkamanum á réttum tíma,“ segir Pétur en tjáning réttra erfðaupplýsinga á réttum tíma er lykilþáttur í eðlilegri starfsemi líkamans.
„Þessar niðurstöður hafa gríðarleg áhrif og benda til þess að flóknum ferlum innan frumunnar sé stjórnað af ómótuðum próteinum með áður óþekktum hætti. Það ögrar ríkjandi viðhorfi um að líffræðileg virkni próteina byggist á fastri þrívíðri byggingu þeirra.
Í þessu tilfelli er það einmitt skortur á próteinlögun sem miðlar þeirri mýkt sem nauðsynleg er til að gera erfðaefnið fljótt aðgengilegt þegar þörf er á,“ segir Pétur.
„Það var tæknileg áskorun að meta hlutverk þessara ómótuðu próteina því þau breyta um byggingu og lögun á milljarðasta úr sekúndu. Það er nánast ómögulegt að fá nákvæma mynd af þeim. Við lögðum því áherslu á að skilja hvernig þau hreyfa sig frekar en hvernig þau eru byggð eins og er algengast að gera.“
Hópurinn nýtti sérhæfða tækni þar sem að prótein og sameindir eru lituð með flúrljómandi efni, síðan skoðuð í háþróaðri smásjá og loks greind með hjálp tölvulíkana og sameindahermunar. Þannig fékkst skilningur á því hvernig sameindirnar DNA og histón hegða sér og grundvöllur til að skoða þær í sambandi við ómótuð prótein. Niðurstöðurnar leiddu í ljós að ómótuð prótein með neikvæða hleðslu búa yfir þeim sveigjanleika sem er nauðsynlegur til að rjúfa tengslin á milli erfðaefnisins og históna og stuðla þannig að aðgengi að erfðaupplýsingum. Hópurinn skoðaði sérstaklega ómótaða próteinið prótýmósín- α í þessu samhengi.
„Þessar niðurstöður hafa gríðarleg áhrif og benda til þess að flóknum ferlum innan frumunnar sé stjórnað af ómótuðum próteinum með áður óþekktum hætti. Það ögrar ríkjandi viðhorfi um að líffræðileg virkni próteina byggist á fastri þrívíðri byggingu þeirra. Í þessu tilfelli er það einmitt skortur á próteinlögun sem miðlar þeirri mýkt sem nauðsynleg er til að gera erfðaefnið fljótt aðgengilegt þegar þörf er á,“ segir Pétur að lokum.