02.12.2019 - University of Colorado

Wissenschaftler wissen jetzt, wie der Chaperon der DNA aussieht

Es ist seit langem bekannt, dass die Proteine, die die DNA verpacken, wie Schüler eines High-School-Tanzes, eine Anstandsdame benötigen. Aber wie genau dieser Wächter aussieht und sich verhält, war ein Rätsel - bis jetzt.

Ein Forscherteam der University of Colorado Boulder hat das Puzzle der Facilitates Chromatin Transcription (FACT) Proteinstruktur geknackt. Dieses Protein ist zum Teil dafür verantwortlich, dass alles reibungslos verläuft und keine unsachgemäßen Interaktionen stattfinden, wenn die DNA vorübergehend ihre Hüterproteine oder Histone verliert und ersetzt.

Diese Ergebnisse, die das Ergebnis eines fünfjährigen Projekts an der CU Boulder sind, werden sich nicht nur auf unser Verständnis des Genoms und der Gentranskription auswirken, sondern auch auf unser Verständnis von Krebs und die Entwicklung von Krebsmedikamenten.

"Das ist nur der Anfang für dieses Protein. Es ist nicht das Ende", sagte Yang Liu, ein wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Abteilung für Biochemie an der CU Boulder und einer der Hauptautoren der Studie.

Seit seiner Entdeckung im Jahr 1998 ist das FACT-Protein für diejenigen, die DNA studieren, von großem Interesse, vor allem wegen der Möglichkeiten, die es bietet. Doch trotz jahrzehntelanger Bemühungen bleiben viele der zentralen Fragen, wie das Protein funktioniert, unbeantwortet.

Das FACT-Protein ist eine essentielle Art von Histon-Chaperon. Diese Wächterproteine begleiten andere Proteine während der Dekonstruktion und Rekonstruktion von Nukleosomen oder der Struktureinheit, die für die Organisation und Verpackung der DNA verantwortlich ist. Dies geschieht während der Gentranskription (der Schritt, bei dem die DNA in die RNA kopiert wird), der DNA-Replikation (bei der das gesamte Genom originalgetreu repliziert wird) und der Reparatur von DNA-Schäden (was zur Vorbeugung von Krankheiten wie Krebs unerlässlich ist).

Da es jedoch keine klare Struktur für das verfügbare Protein gibt, waren die Wissenschaftler nicht ganz sicher, wie genau es beides macht: Wie kann ein Protein sowohl zerstören als auch erhalten werden?

Diese neue Forschung wirft Licht auf beides.

"Seit langem versuchen Forscher, den Mechanismus zu finden, wie [dieses Protein] die Transkription unterstützt", sagt Keda Zhou, eine wissenschaftliche Mitarbeiterin in der Biochemie an der CU Boulder und die andere Hauptautorin der Arbeit. "Forscher haben an verschiedenen Aspekten dieses Proteins gearbeitet, also sind wir wirklich froh, dass wir die Ersten sind, die es in Aktion sehen. Es ist wirklich aufregend."

Das Forschungsteam, unterstützt von zwei weiteren Labors, die ebenfalls von Frauen geleitet wurden, gelang es auch, das Rätsel endlich zu lösen, indem es das FACT-Protein isolierte und durch eine Kombination aus Fleiß, Einfallsreichtum und Zähigkeit das Rätsel auf den Punkt brachte und es im Akt der Zerstörung und Aufrechterhaltung des Nukleosoms einfängt.

Was sie fanden, ist, dass FACT dem Sattel und der Gabel eines Einrads ähnelt, das aus mehreren Domänen besteht, die das Nukleosom "Rad" des Einrads überspannen. Bis zu diesem Zeitpunkt sahen die Forscher immer nur eine Domäne auf einmal, was zu Verwirrung und widersprüchlichen Ergebnissen führte.

Und doch scheint es, dass keines dieser unterschiedlichen Ergebnisse falsch ist.

Liu und Zhou's Arbeit "haben wirklich alles zusammengefügt. Und es scheint, dass jeder Recht hat, was einfach wirklich cool ist", sagte Karolin Luger, der Stiftungslehrstuhl für Biochemie an der CU Boulder, ein Howard Hughes Medical Institute Investigator und Senior Author der Studie.

Diese Entdeckung ist nur der Anfang für dieses Protein, sowohl für Lugers Labor als auch für die gesamte medizinische Gemeinschaft.

"Es gibt viele Unbekannte", sagte Zhou. "Aber das ist ein Startpunkt."

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