Megerősítették, hogy második információs réteg is van a DNS-ben

DNS molekula

Holland elméleti fizikusok bebizonyították, hogy a genetikai információk mellett a DNS mechanikai sajátosságai is befolyásolják, kik vagyunk.

A leideni Fizikai Intézet elméleti fizikusai Helmut Schiessel vezetésével sok DNS-szekvenciát szimulált, és összefüggést találtak bizonyos mechanikai sajátosságok és a DNS összehajtogatódásának módja között. Eredményeiket a PLOS ONE szabad hozzáférésű folyóiratban tették közzé.

A Watson-Crick modell

Amikor James Watson és Francis Crick 1953-ban meghatározták a DNS szerkezetét, azt is felfedezték, hogyan tárolja a DNS az információt, amely minden élőlényt meghatároz. A híres kettős spirál G, A, T és C „betűinek” (pontosabban bázisainak) sorrendje szabja meg azt, milyen fehérjéket állítanak elő a sejtjeink.

Ha valakinek például barna a szeme, ennek az az oka, hogy a DNS-ben lévő bizonyos betűsorok a barna szemet kialakító fehérjéket kódolják. Minden sejt pontosan ugyanazt a betűszekvenciát (a mutációkat nem számítva) tartalmazza, mégis minden szerv másként viselkedik. Mi lehet ennek az oka?

Mechanikai kulcsok

Már az 1980-as évek közepétől feltételezték, hogy létezik az információnak egy második rétege a genetikai kódon felül, s ezt a DNS mechanikai sajátosságai alkotják. Minden sejtünkben két méter hosszú DNS-molekula foglal helyet, és ezeknek a molekuláknak szorosan fel kell csavarodniuk, hogy elférjenek a sejtmagban.

A DNS összehajtogatásának a módja meghatározza, hogyan olvasódnak le a betűk, és ily módon azt is, milyen fehérjék készülnek. Minden szervben csupán a genetikai információ ott lényeges része olvasódik ki. Az elmélet azt sugallja, hogy a DNS szerkezetében lévő mechanikai támpontok, kulcsok határozzák meg, hogyan hajtogatódik a DNS.

A nukleoszómába csomagolt DNS számítógépes modellje. A hajtogatódást a piros pontokkal jelzett részek befolyásolták Forrás: Leiden Institute of Physics

Szimuláció

Helmut Schiessel és kutatócsoportjának most először sikerült erős bizonyítékot szolgáltatni arra, hogy valóban létezik ez a második információs réteg.

Számítógépes programjukkal random módon hozzárendelt mechanikai kulcsokkal szimulálták a DNS-szálak összehajtogatódását. Kiderült, hogy ezek a kulcsok valóban meghatározzák, hogyan hajtogatódik a DNS az úgynevezett nukleoszómákba.

Schiessel összefüggést talált két organizmus – sütőélesztő és egy másik élesztőfaj – genomjának mechanikája és tényleges hajtogatási struktúrája között.

A kutató eredménye olyan evolúciós változások – mutációk – előfordulására utal a DNS-ben, amelyeknek két nagyon eltérő hatásuk van. Megváltozhat a specifikus fehérjéket kódoló betűsorrend, illetve megváltozhat a DNS-szerkezet mechanikája, ami másféle csomagolódást és a DNS hozzáférhetőségének más szintjéhez vezet, ily módon egy adott fehérjetermelés gyakorisága is módosul.