Ελικάσες, οι «μοριακοί κινητήρες»

Βακτηριακό ένζυμο έχει αναπτύξει μια ενεργειακά αποδοτική μέθοδο για να μετακινείται σε μακρινές αποστάσεις κατά μήκος του DNA.

Οι επιστήμονες αποκάλυψαν πως ένα βακτηριακό ένζυμο έχει εξελίξει μια ενεργειακά αποδοτική μέθοδο να μετακινείται σε μακρινές αποστάσεις κατά μήκος του DNA. Tα συμπεράσματα της έρευνάς τους που δημοσιεύονται στο περιοδικό Science παρέχουν περαιτέρω πληροφορίες σχετικά με τη σύζευξη της χημικής και μηχανικής ενέργειας μιας κλάσης ενζύμων που ονομάζονται ελικάσες. Πρόκειται για μία ευρέως κατανεμημένη ομάδα πρωτεϊνών που στα ανθρώπινα κύτταρα εμπλέκονται σε μερικές μορφές καρκίνου.

Ο νέος μηχανισμός που έχουν αναπτύξει οι ελικάσες  που ανακαλύφθηκε σ’ αυτή τη μελέτη με επικεφαλής το Πανεπιστήμιο του Μπρίστολ σε συνεργασία με το Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο της Δρέσδης στη Γερμανία, μπορεί να βοηθήσει στην επίλυση ορισμένων από τους ανεξήγητους ρόλους που διαδραματίζουν οι ελικάσες στην ανθρώπινη βιολογία κι αυτό με τη σειρά του να βοηθήσει τους ερευνητές να αναπτύξουν μελλοντικές ιατρικές ή τεχνολογικές εφαρμογές.

Μια ευρέως διαδεδομένη άποψη περί των ελικασών είναι ότι κινούνται κατά μήκος του DNA και αποσυμπιέζουν την διπλή έλικα για να παράγει ενιαία σκέλη του DNA για επισκευή ή αντιγραφή. Αυτή η διαδικασία απαιτεί μηχανική εργασία κι έτσι η κίνηση του ενζύμου πρέπει να συζευχθεί με την κατανάλωση του χημικού καυσίμου ΑΤP. Για το λόγο αυτό συχνά οι ελικάσες θεωρούνται «μοριακοί κινητήρες».

Στη νέα αυτή εργασία, ο Ραλφ Σάιντελ και η ομάδα του στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Δρέσδης ανέπτυξαν ένα μικροσκόπιο που μπορεί να τεντώσει μεμονωμένα μόρια DNA, ενώ την ίδια στιγμή να παρατηρήσει την κίνηση μεμονωμένων ελικασών που είχαν επισημανθεί με φθορισμό. Παράλληλα, οι ερευνητές του Μπρίστολ που εργάζονταν πάνω στις αλληλεπιδράσεις των μονάδων των πρωτεϊνών του DNA, χρησιμοποίησαν ένα φωσφορίζον φασματοσκόπιο με ανάλυση χιλιοστοδεύτερου για να αποκαλύψουν τις δυναμικές αλλαγές της διαμόρφωσης των πρωτεϊνών και την κινητικότητα της κατανάλωσης του ATP.

Η ομάδα μελέτησε μια ελικάση που βρέθηκε σε βακτήρια και εκινείτο κατά μήκος του DNA. Η έρευνα έδειξε αναπάντεχα πως το ένζυμο κατανάλωσε ΑTP μόνο κατά την έναρξη της αντίδρασης με σκοπό να αλλάξει διαμόρφωση. Στη συνέχεια, η μακράς εμβέλειας κίνησή του κατά μήκος του DNA οδηγήθηκε από τη θερμική κίνηση. Με άλλα λόγια από τις συγκρούσεις με το νερό που περιβάλλει τα μόρια. Αυτό παράγει ένα χαρακτηριστικό μονοδιάστατο «τυχαίο περίπατο» όπου η πρωτεΐνη είναι το ίδιο πιθανό να κινηθεί προς τα εμπρός ή προς τα πίσω.

Ο Μαρκ Σζσέλκουν, καθηγητής της Βιοχημείας και ένας από τους βασικούς συγγραφείς της μελέτης είπε: «Αυτό το ένζυμο χρησιμοποιεί την ενέργεια του ATP περισσότερο για να πιέσει για μια αλλαγή στη διαμόρφωση των πρωτεϊνών παρά για να ξετυλίξει το DNA. Η κίνηση στο DNA στη συνέχεια δεν απαιτεί εισαγωγή ενέργειας από το ATP. Παρά το γεγονός ότι η κίνηση είναι τυχαία, συμβαίνει πολύ γρήγορα και το ένζυμο μπορεί να καλύψει μακρινές αποστάσεις στο DNA ταχύτερα απ’ ό,τι πολλοί “κινητήρες” ATP. Αυτό μπορεί να θεωρηθεί ως ένας περισσότερο αποδοτικός ενεργειακά τρόπος για να μετακινηθεί κατά μήκος του DNA και προτείνουμε αυτός ο μηχανισμός να χρησιμοποιηθεί και σε άλλες γενετικές μεθόδους, όπως η επισκευή DNA».