پژوهشگران با استفاده از یک پلتفرم تک‌مولکولی توانسته‌اند برای نخستین‌بار حرکت آنزیم حیاتی RNA پلی‌مراز II را هنگام رونویسی DNA به‌صورت زنده مشاهده کنند؛ دستاوردی که درک تازه‌ای از چگونگی توقف‌ها، شتاب‌گیری‌ها و تغییر سرعت این ماشین مولکولی ارائه می‌دهد. این مطالعه در نشریه Nature Structural & Molecular Biology منتشر شده است.
به گزارش برنا، RNA پلی‌مراز II که برای رونویسی ژن‌ها در سلول‌های یوکاریوتی ضروری است باید به‌طور هماهنگ با دیگر فرایند‌های زیستی روی DNA حرکت کند و هر اختلالی در سرعت یا توقف‌های آن می‌تواند با پیری و سرطان مرتبط باشد. با این حال، محدودیت‌های فنی تاکنون مانع از تصویربرداری دقیق از حرکت این آنزیم شده بود.
مشاهده حرکت واقعی یک موتور مولکولی
در این پژوهش دانشمندان با بازسازی کامل سامانه رونویسی پستانداران از پروتئین‌های خالص‌سازی‌شده و ترکیب آن با تصویربرداری پیشرفته و مدل‌سازی محاسباتی توانستند لحظه‌به‌لحظه حرکت آنزیم را رصد کنند. به‌گفته شیکسین لیو، سرپرست آزمایشگاه نانومقیاس زیست‌فیزیک این آنزیم همانند یک خودروی بسیار دقیق با چندین دنده عمل می‌کند که هر دنده توسط پروتئین‌های تنظیم‌کننده‌ای کنترل می‌شود.
جول کوهن، سرپرست آزمایشگاه جمعیت‌ها می‌گوید این روش امکان داده است مکان و زمان تغییر سرعت RNA پلی‌مراز II با دقت بی‌سابقه‌ای تعیین شود.
کشف عملکرد گیربکس مولکولی
یافته‌های پژوهش نشان می‌دهد چندین پروتئین کلیدی در تنظیم تغییر سرعت RNA پلی‌مراز II نقش دارند:
• P-TEFb به‌عنوان کلید اصلی با فسفریله‌کردن RNA پلی‌مراز II و کمپلکس DSIF، مسیر را برای فعالیت کامل آنزیم باز می‌کند. DSIF بسته به وضعیت خود می‌تواند حرکت آنزیم را تسریع یا کند کند.
• PAF۱C نقش شتاب‌دهنده اصلی را دارد و به محض اتصال به DNA، رونویسی را وارد حالت سرعت بالا می‌کند.
• SPT۶ همانند یک پایدارکننده عمل می‌کند تا اتصال PAF۱C حفظ شود و ماشین رونویسی به‌طور روان پیش برود.
• با حضور PAF۱C، پروتئین RTF۱ نیز متصل می‌شود و RNA پلی‌مراز II را وارد دنده پرسرعت می‌کند؛ مرحله‌ای که وابسته به PAF۱C، اما مستقل از DSIF است.
پژوهشگران تاکید می‌کنند چنین تعامل پیچیده‌ای میان این فاکتور‌ها در سلول‌های پستانداران دیده می‌شود و این سطح از تنظیم، در مخمر (yeast) وجود ندارد که نشان‌دهنده فرگشت پیشرفته‌تر این سامانه در موجودات پیچیده‌تر است.
پیامد‌ها برای درک سرطان و پیری
این پژوهش توضیح می‌دهد که چرا اختلال در کنترل سرعت RNA پلی‌مراز II می‌تواند باعث بی‌نظمی در بیان ژن‌ها و بروز بیماری شود. به‌ویژه، P-TEFb که یکی از اهداف دارویی مهم در درمان لوسمی و برخی سرطان‌هاست به دلیل دشواری مهار بدون عوارض جانبی، توجه زیادی را به خود جلب کرده است. یافته‌های جدید ممکن است به طراحی دارو‌های دقیق‌تر در آینده کمک کند.
ابزار جدیدی برای حل معما‌های زیست‌شناسی
مهم‌ترین دستاورد این تحقیق شاید خود پلتفرم باشد؛ سامانه‌ای که امکان مشاهده تک‌مولکولی در یک سیستم کاملا بازسازی‌شده پستانداران را فراهم می‌کند. محققان اکنون قصد دارند نوکلئوزوم‌ها را نیز به این سامانه اضافه کنند تا حرکت RNA پلی‌مراز II را در محیطی نزدیک‌تر به شرایط واقعی سلول بررسی کنند.
به‌گفته کوهن، بخش محاسباتی این پلتفرم می‌تواند کاربرد‌های گسترده‌ای داشته باشد؛ هر جایی که نیاز باشد حرکت یک مولکول یا سازه در فضا و تغییرات سرعت آن تحلیل شود.
انتهای پیام/