Vienas konkretus baltymas yra smegenų vystymosi pagrindas. Pagrindinis genų ekspresijos reguliatorius, jo gausiai yra neuronuose, o jo disfunkcija yra Retto sindromo, neurologinio sutrikimo, galinčio sukelti rimtus jaunų mergaičių pažinimo, motorikos ir bendravimo sutrikimus, pagrindas.
Tačiau mokslininkai mažai supranta, kaip šis esminis baltymas atlieka savo lemiamą darbą molekuliniu lygmeniu. „Žmonės tyrinėjo šį baltymą dešimtmečius neturėdami aiškaus sutarimo, ką jis daro, kur jis jungiasi su genomu ir kokios jo funkcijos“, – sako Rokfelerio Shixin Liu. Dabar naujas Liu laboratorijos tyrimas atskleidžia, kaip baltymas MeCP2 sąveikauja su DNR ir chromatinu.
Išvados, paskelbtos m Gamtos struktūrinė ir molekulinė biologijasuteiktų įžvalgų apie šį pagrindinį reguliatorių ir galėtų atverti naujus Retto sindromo gydymo būdus.
Vienos molekulės metodas
MeCP2 yra gluminantis baltymas. Nors jis buvo susijęs su tūkstančių genų reguliavimu ir, kaip manoma, yra pagrindinis neurologinio vystymosi veiksnys, jo poveikį genomui sunku nustatyti. Nepakankamas laukinio tipo MeCP2 kiekis sukelia Retto sindromą, tačiau per didelis baltymų kiekis sukelia panašų sekinantį neurologinį sutrikimą, žinomą kaip MeCP2 dubliavimo sindromas.
Liu ir kolegos pasinaudojo laboratorijos kompetencijos sritimi – vienos molekulės stebėjimu ir manipuliavimu – kad geriau suprastų, kaip MeCP2 sąveikauja su DNR. Komanda pririšo vieną DNR gabalėlį tarp mikrono dydžio plastikinių karoliukų, kurių kiekvienas buvo laikomas lazeriu, ir tada inkubavo DNR su fluorescenciniu būdu pažymėtais MeCP2 baltymais. Ši sąranka leido jiems atidžiai stebėti paslaptingo baltymo dinaminį elgesį.
Paprastai manoma, kad MeCP2 išskirtinai atlieka savo funkcijas DNR, modifikuotoje metilintais citozinais, tačiau trūko patenkinamo tokio specifiškumo paaiškinimo, nes baltymas lengvai suriša ir metilintą, ir nemetilintą DNR.
Komanda nustatė, kad MeCP2 dinamiškai juda DNR, bet daug lėčiau metilintos formos atžvilgiu, palyginti su nemetilinta. Jie taip pat parodė, kad ši skirtinga dinamika leidžia MeCP2 efektyviau įdarbinti kitą reguliuojantį baltymą į metilintas DNR vietas, o tai gali padėti nukreipti MeCP2 genų reguliavimo funkcijas į konkrečias genomo vietas.
„Mes nustatėme, kad MeCP2 greičiau slysta išilgai nemetilintos DNR, o šis judėjimo skirtumas gali paaiškinti, kaip baltymai skiriasi tarp šių dviejų“, – sako Gabriella Chua, Liu laboratorijos absolventė ir pirmoji šio straipsnio autorė.
„Tai kažkas, ką galėjome atrasti tik naudodami vienos molekulės techniką.”
Liu ir Chua taip pat nustatė, kad baltymas labai mėgsta jungtis prie nukleozomų, baltymų ritinių, suvyniotų su mūsų genetine medžiaga, o ne plika DNR. Ši sąveika stabilizuoja nukleosomas tokiu būdu, kuris gali slopinti genų transkripciją, o tai rodo, kaip pats MeCP2 reguliuoja genų ekspresiją.
Naujas mąstymas apie nukleosomas
Pastebėjimas, kad pagrindinis genų ekspresijos reguliatorius dažniausiai sąveikauja su šia tvirtai suvyniota DNR forma, padeda sustiprinti vis stiprėjančią nuomonę, kad nukleosomos yra kur kas daugiau nei inertiškos DNR „saugyklos ritės“ ir kad mokslininkai turi daugiau galvoti apie MeCP2 funkciją. nukleozomų kontekstas.
„Mūsų duomenys yra vienas iš aiškiausių šio reiškinio pavyzdžių iki šiol“, – sako Liu. „Akivaizdu, kad MeCP2 teikia pirmenybę jungimuisi su nukleozomomis.”
Tokiu būdu MeCP2 veikia kaip chromatiną surišantis baltymas, prieštaraujantis įprastiniam požiūriui, kad jis daugiausia laikomas metilo DNR jungiančiu baltymu. Šiame tyrime komanda taip pat susiaurino baltymo dalį, kuri yra atsakinga už jo nukleozomų surišimo veiklą.
„Plikos DNR yra mažuma – nukleosomos yra plačiai paplitusios mūsų genomuose“, – sako Chua. „Keli naujausi tyrimai parodė, kad nukleosomos yra ne tik pasyvios transkripcijos kliūtys, bet ir aktyvūs genų reguliavimo taškai.
Ypač ryškus tokio nukleozomų funkcionalumo pavyzdys yra tai, kaip MeCP2 sąveikauja su juo.
Būsimame darbe komanda planuoja išplėsti ne tik dabartinį in vitro tyrimą, bet ir ištirti MeCP2 in vivo, kur tikimasi, kad baltymo ir nukleosomos sąveika bus sudėtingesnė. Jie taip pat ketina naudoti šiame dokumente aprašytus metodus, kad geriau ištirtų daugybę MeCP2 mutacijų, sukeliančių tokias ligas kaip Retto sindromas.
Tikimasi, kad išsamesnis šios niokojančios ligos baltymo supratimas vieną dieną gali paskatinti gydymą.
„Nėra gydymo nuo Rett, tačiau jį tyrinėjančių mokslininkų bendruomenė yra ryžtinga ir energinga. Daugelis mano, kad mūsų duomenys buvo intriguojantys, kai pasidalinome jais”, – sako Chua. „Mūsų išvados pabrėžia, kaip pagrindiniai tyrimai gali padėti klinikinei bendruomenei geriau suprasti ligą.”