Viktig ny modell visar hur proteinerna hittar på DNA

Forskare vid Uppsala universitet och Harvard University har tillsammans utvecklat en ny teoretisk modell som förklarar hur proteiner snabbt kan hitta specifika DNA-sekvenser, trots att det sitter många hinder i vägen på kromosomerna. Resultaten publiceras idag i den vetenskapliga tidskriften Nature Physics.

I alla levande celler reglerar DNA-bindande proteiner de olika genernas aktivitet så att olika celler utför rätt uppgifter vid rätt tid. För att detta ska fungera måste de DNA-bindande proteinerna hitta rätt DNA-ställe tillräckligt fort. Forskargruppen bakom den nya studien har tidigare lyckats mäta att det bara tar några minuter för en enskild proteinmolekyl att söka igenom de miljontals nästan identiska bindningsalternativen och hitta rätt ställe att binda. Detta är ändå långsammare än vad som förutsagts av den etablerade teoretiska modellen för hur DNA-bindande proteiner letar sig fram till rätt ställe genom att växla mellan att diffundera i cellens cytoplasma och längs med DNA strängarna.

- Genom att även ta hänsyn till att det är många hinder i vägen när proteinerna ska diffundera längs med DNA-strängarna kan vi nu mer exakt beräkna hur lång tid det tar att leta sig fram, säger Johan Elf, docent i molekylär bioteknik vid Centrum för bioinformatik.

Förutom att ge en mer noggrann förutsägelse av hur lång tid det tar att hitta till rätt plats på DNA förklarar den nya teoretiska modellen varför den totala mängden DNA-bindande proteiner är så stor som den är. Om det skulle finnas mer skulle det helt enkelt inte gå att hitta något bindningsställe inom rimlig tid, eftersom proteinerna skulle vara i vägen för varandra. Även om det skulle finnas mindre skulle det gå långsammare, eftersom inte tillräckligt många proteiner letade. Slutligen ger den nya modellen en förklaring till varför så många DNA-bindande proteiner binder olika närbelägna bindningsställen samtidigt och därmed bildar DNA-loopar. Det visar sig nämligen att detta kan korta ned tiden för att hitta fram till rätt ställe.

- Denna mer detaljerade förståelse av genernas reglering är viktig eftersom den på sikt kan ge bättre förståelse av sjukdomar som beror på problem i cellens kontrollfunktioner, såsom t ex cancer, säger Johan Elf.

Forskarna som gjort studien är Gene-Wei Li, Otto G. Berg och Johan Elf

Läs artikeln på Nature Physics webbplats.

För mer information kontakta: Docent Johan Elf, 018-471 46 78, johan.elf@lcb.uu.se