Araştırmacılar, DNA ve RNA Deformasyonlarının Evrensel Mekanizmalarını Ortaya Çıkardı
İki ana nükleik asit türü ve yaşamın yapı taşları olan DNA ve RNA; deforme olmalarına, bükülmelerine veya kıvrılmalarına neden olabilecek çevresel uyaranlara karşı hassastır. Bu deformasyonlar, gen düzenlemesini ve protein işlevlerini önemli ölçüde etkileyebilir ancak geleneksel teknikler kullanılarak ölçülmeleri son derece zordur.
Yakın zamanda, Hong Kong Şehir Üniversitesinden (CityU) bir fizikçi tarafından yönetilen bir araştırma ekibi; tuz, sıcaklık değişimi ve germe kuvveti ile indüklenen bir nükleik asitteki değişimi doğru bir şekilde ölçtü. Proceedings of the National Academy of Sciences dergisinde yayımlanan bulgular, DNA ve RNA’nın altında yatan evrensel deformasyon mekanizmalarının ortaya çıkarılmasına yardımcı oluyor.
DNA ve RNA deformasyonları büyük biyolojik öneme sahip olsa da, nükleik asit deformasyonlarının hassas ölçümlerini yapmanın zorluğu ve nükleik asit etkileşimlerinin karmaşıklığı nedeniyle bunları anlamamız sınırlıdır. Bu iki zorluğun üstesinden gelmek için, CityU ve Wuhan Üniversitesinden bilim insanlarının yer aldığı araştırma ekibi, DNA ve RNA deformasyonlarının evrenselliğini araştırmak için deneyler, simülasyonlar ve teorilerin bir kombinasyonunu kullandı.
Araştırmanın başarısı, manyetik cımbız (MT) adı verilen hassas bir ölçüm aracında yatıyor. Bu; DNA, RNA ve proteinler gibi biyolojik moleküllerin mekanik özelliklerini incelemek için biyofizik ve moleküler biyolojide kullanılan güçlü bir deneysel tekniktir. Bir manyetik cımbız deneyinde, ilgilenilen bir moleküle küçük bir manyetik boncuk takılır ve boncuğun konumunu değiştirmek için bir manyetik alan uygulanır.
Boncuğun hareketini ölçerek, araştırmacılar molekülün esnekliği, sertliği ve dış kuvvete tepkisi gibi mekanik özelliklerini inceleyebilirler. Bu, çevresel uyaranların neden olduğu küçük DNA ve RNA bükülme değişikliklerini ölçmek için kullanılabilir. Küçük bükülme değişiklikleri bile uzun bir DNA veya RNA molekülü boyunca birikebilir ve DNA veya RNA ucunda büyük bir dönüşe neden olabilir.
Ekip, deneylerde tuz, sıcaklık değişimi ve gerilmenin neden olduğu DNA ve RNA bükülme değişikliklerini hassas bir şekilde ölçmek için manyetik cımbız kullandı.
Ekip, deneyler aracılığıyla DNA büküm-çap bağlantı sabitini ve RNA büküm-oluk bağlantı sabitini ölçtü ve DNA ve RNA deformasyonlarını açıklamak için bağlantı sabitlerini uyguladı. Bu bulguları simülasyonlar, teori ve diğer önceki araştırma sonuçlarıyla birleştiren ekip; tuz, sıcaklık değişimi ve germe kuvvetinin neden olduğu DNA ve RNA deformasyon mekanizmalarının iki ortak yol tarafından yönlendirildiğini buldu: DNA için büküm-çap eşleşmesi ve RNA için büküm-oluk eşleşmesi.
Protein bağlanmasının neden olduğu RNA ve DNA deformasyonları.
DNA için, çevresel uyaranlar genellikle önce DNA’nın çapını değiştirir ve daha sonra DNA bükümü ve çapı arasındaki güçlü bir bağlantı yoluyla bir büküm değişikliğine neden olur. Ancak RNA için, tuz konsantrasyonunun düşürülmesi veya sıcaklığın artırılması RNA’yı “çözer” çünkü bu RNA ana oluğunun genişliğini artırır ve bükümde bir azalmaya neden olur. Dolayısıyla buna büküm-oluk bağlantısı denir.
Ekip, protein bağlanmasıyla ilgili diğer çalışmalardan elde edilen verileri analiz ederek, protein bağlanmasıyla deformasyon tetiklendiğinde DNA ve RNA’nın aynı ortak yolları izlediğini buldu ve bu iki yolun, protein bağlanmasını kolaylaştırmak için DNA ve RNA deformasyon enerji maliyetini azaltmak için kullanıldığını öne sürdü.
Bulgular, nükleik asit deformasyonunun altında yatan fiziksel ilkelerin evrensel olduğunu ve farklı nükleik asit türlerine ve çevresel uyaranlara uygulanabileceğini göstermektedir.
“En son bulgular, hücrelerdeki DNA paketlemesini ve ilgili deformasyon enerji maliyetini daha iyi anlamak için uygulanabilir. Sonuçlar aynı zamanda proteinlerin DNA ve RNA’yı nasıl tanıdığına ve gen ifadesi ve düzenlemesinde kilit adımlar olan deformasyonları nasıl indüklediğine dair içgörüler sağlıyor.” dedi.
Kaynak: https://phys.org
Derleyen: Simge Kara