Zastosowanie atomic force microscopy do określenia oddziaływań czynnika transkrypcyjnego IHF z dna

Abstract

Niezależnie od stopnia komplikacji organizmu, jego informacja genetyczna jest przechowywana w DNA. Poprzez szereg procesów biochemicznych jest ona wykorzystywana do syntezy określonych białek – niezbędnych do prawidłowego funkcjonowania każdej żywej komórki. Synteza protein podlega kontroli na etapie transkrypcji, translacji bądź procesów posttranslacyjnych. Na każdym z tych poziomów kontrola zachodzi poprzez oddziaływania ściśle określonych czynników (białek) z odpowiednią strukturą zależną od etapu przepływu informacji. Jednym z czynników transkrypcyjnych jest białko IHF. Odgrywa najczęściej rolę aktywatora procesu transkrypcji poprzez ułatwienie wiązania RNA-polimerazy z DNA lub blokowanie dostępu czynników zatrzymujących transkrypcję. Białko IHF wpływa na architekturę przestrzenną cząsteczki DNA. Zgodnie z badaniami krystalograficznymi indukuje zgięcie polimeru o kąt ok. 1600. Oddziaływanie tego białka z materiałem genetycznym zostało zbadane przy użyciu techniki mikroskopii sił atomowych. Metoda ta pozwala na uzyskanie obrazów badanej powierzchni o wysokiej rozdzielczości (rzędu nm). Pozwala to na obserwację pojedynczych molekuł DNA i tym samym analizę zarówno ilościową jak i jakościową. Do wyznaczenia indukowanego kąta zgięcia przeanalizowano 178 cząsteczek DNA. Otrzymana wartość kąta zgięcia wynosi ok. 700. Różnica pomiędzy otrzymaną wartością a wynikami prezentowanymi przez innych autorów spowodowana jest większą sztywnością cząsteczki badanej cząsteczki DNA. Wynika to prawdopodobnie z przejścia konformacyjnego ze struktury B-DNA do A-DNA podczas procesu unieruchamiania polimeru na powierzchni miki (używanej w technice mikroskopii sił atomowych).
Autor: Grzegorz Paździor

1. WPROWADZENIE

Jednym z wyzwań współczesnej biologii molekularnej jest poznanie szczegółów dotyczących przepływu informacji genetycznej. W szczególności powstają różne modele regulacji ekspresji genów. Badania takie są trudne, gdyż najczęściej białka zaangażowane w regulację różnych etapów prowadzących do syntezy wymaganego przez komórkę białka biorą także udział w innych procesach – najczęściej powodują m.in. upakowanie materiału genetycznego (DNA). Jest to ważne, gdyż cząsteczka DNA występująca w komórce jest najczęściej dłuższa niż wymiary komórki (niejednokrotnie nawet o kilka rzędów wielkości). Białka regulujące ekspresję mają także wiele innych właściwości i regulują różnorakie procesy. Badania ich oddziaływań z zarówno materiałem genetycznym jak i innymi białkami w celu poznania dokładnej funkcji jest jednym z priorytetów we współczesnej biochemii. Badania takie są aktualnie prowadzone w nanoskali, co pozwala na obserwację oddziaływań pomiędzy pojedynczymi molekułami. Poniższa praca jest częścią projektu, którego celem jest opracowanie nowego modelu regulacji ekspresji genów. W celu obserwacji oddziaływań pomiędzy białkami użyto Atomic Force Microscope. Technika ta pozwala na zobrazowanie powierzchni w skali nanometrowej. Umożliwia to nie tylko analizę ilościową otrzymanych wyników – obróbka statystyczna, ale także analizę jakościową. Istnieje możliwość bezpośredniej obserwacji wzajemnego oddziaływania pomiędzy pojedynczymi molekułami.