Ved hjelp av fysikk og en liten magnet har forskere oppdaget en ny struktur av telomert DNA.
Fysikk er ikke den første vitenskapelige disiplinen som dukker opp ved omtale av DNA, men en gruppe forskere, inkludert John van Noort fra Leiden Institute of Physics (LION) har oppdaget en ny struktur av telomert DNA.
Lang levetid. Teknologi: I hver celle i kroppen vår er det kromosomer som bærer gener som bestemmer egenskapene våre. I endene av disse kromosomene er telomerer, som beskytter genene mot skade. Telomerer er ganske som aglets, plasttuppene på enden av skolissene – de beskytter DNAet mot skade og slitasje. Men hver gang en celle deler seg, blir telomerene kortere, inntil til slutt Hayflick Limit er nådd, kan cellen ikke lenger dele seg og apoptose – programmert celledød – oppstår.
Dette betyr at telomerer noen ganger blir sett på som nøkkelen til å leve lenger, og forskerne bak denne nye oppdagelsen håper den vil hjelpe oss til å bedre forstå aldring og aldersrelaterte sykdommer.
Som biofysiker bruker van Noort metoder fra fysikken til biologiske eksperimenter; arbeidet hans fanget oppmerksomheten til biologer fra Nanyan Technological University i Singapore, som ba ham hjelpe til med å studere DNA-strukturen til telomerer. Resultatene av samarbeidet deres er publisert i Natur.
En perlestreng
Kromosomer kan være mikroskopiske, men DNA-et mellom telomerene er to meter langt! Dette betyr at det må pakkes pent og brettes for å passe inn i cellen, og dette oppnås ved å pakke DNA rundt pakker med proteiner; sammen kalles DNA og proteiner et nukleosom, og disse er ordnet til noe som ser ut som en perlestreng, med et nukleosom, et stykke fritt (eller ubundet) DNA, et nukleosom og så videre.
LES MER: Er aldring et biologisk problem, eller et spørsmål om fysikk? Vårt intervju med Dr Leonard Hayflick
Denne perlestrengen brettes så enda mer opp, men hvordan den gjør det avhenger av lengden på DNAet mellom nukleosomene, perlene på strengen. To strukturer som oppstår etter folding var allerede kjent – i en av dem holder to tilstøtende perler seg sammen og fritt DNA henger i mellom (fig. 2A). Hvis DNA-stykket mellom perlene er kortere, klarer ikke de tilstøtende perlene å henge sammen. Deretter dannes to stabler ved siden av hverandre (fig. 2B).
I sin studie fant Van Noort og kollegene en annen telomerstruktur – her er nukleosomene mye nærmere hverandre, så det er ikke lenger noe fritt DNA mellom kulene; dette skaper til slutt én stor helix, eller spiral, av DNA (fig. 2C) [1].
Naturlig magnetisme
Den nye strukturen ble oppdaget med en kombinasjon av elektronmikroskopi og molekylærkraftspektroskopi, med sistnevnte teknikk med opprinnelse i Van Noorts laboratorium. I molekylærkraftspektroskopi er den ene enden av DNA festet til et glassglass og en liten magnetisk kule festet til den andre – et sett med sterke magneter over denne kulen trekker så perlestrengen fra hverandre.
Ved å måle mengden kraft som trengs for å trekke perlene fra hverandre én etter én, er det mulig å oppdage mer om hvordan strengen brettes, og som en oppfølging brukte forskerne i Singapore et elektronmikroskop for å få et bedre bilde av strukturen.
Byggeklosser
Van Noort beskriver strukturen som “molekylærbiologiens hellige gral.” Han forklarer at hvis vi kjenner strukturen til molekylene, vil dette gi oss mer innsikt i hvordan gener slås av og på og hvordan enzymer i cellene håndterer telomerer – hvordan de reparerer og kopierer for eksempel DNA. [2].
Forskerne føler at oppdagelsen av den nye telomere strukturen vil forbedre forståelsen av byggesteinene i kroppen, som i sin tur vil hjelpe til med studiet av aldring og aldersrelaterte sykdommer som kreft – og bidra til å utvikle medisiner for å bekjempe dem .
[1] https://www.nature.com/articles/s41586-022-05236-5
[2] https://www.universiteitleiden.nl/en/news/2022/09/