Aarhus University Seal / Aarhus Universitets segl

Ændringer i DNA’ets rumlige arkitektur vigtig for geners aktivitet

Opretholdelse af alt liv kræver en nøje kontrol af de forskellige geners aktivitet, så cellen hele tiden reagerer optimalt på ændringer i det indre miljø samt i omgivelserne. Ny forskning fremhæver nu, at DNA’ets topologi (rumlige arkitektur) spiller en central rolle.

03.01.2013 | Lisbeth Heilesen

Forskerne bag studierne, fra venstre: Jacob Fredsøe, Anni Hangaard Andersen og Jakob Madsen Pedersen (foto: Lisbeth Heilesen) Klik foto og figurer for større udgave.

Enzymerne kaldet topoisomeraser er essentielle for transskriptionen af kromatinregulerede gener. Transskriptionsniveauet for de enkelte gener er målt vha. qPCR i celler med (vild type) og uden (top1?top2ts) topoisomerase aktivitet (figur: Jacob Fredsøe)

Figur 2. Topoisomeraser er nødvendige for binding af transskriptionsfaktor Pho4 til promoterregionen af det kromatinregulerede PHO5 gen og dermed for genets aktivering. De fire nukleosomer, der sidder i PHO5 promoteren (A) fjernes ikke i fravær af topoisomeraser (B). Under normale omstændigheder vil Pho4 binde til UAS1, hvorefter kromatin ”remodelers” rekrutteres, som fjerner nukleosomerne og tillader binding af flere transskriptionsfaktorer. I fravær af topoisomeraser kan transskriptionsfaktor Pho4 stadig komme ind i kernen (C), men er ude af stand til at binde til promoteren (D). (figur: Jacob Fredsøe)

Som følge af DNA’ets opbygning, hvor to strenge er vundet omkring hinanden som i en snor, opstår der konstant vridninger i DNA’et (ændringer i DNA’ets topologi), idet de to strenge skal adskilles for at give adgang til den indbyggede genetiske information. Dette er for eksempel tilfældet under transskriptionsprocessen, som er den proces, hvor informationen i de enkelte gener overføres til RNA inden den oversættes til protein.  

Man har længe vidst, at DNA topologien påvirkes af en gruppe enzymer kendt som DNA topoisomeraser. Men kan DNA topologien og dermed DNA topoisomeraser i sig selv være med til at regulere geners aktivitet? Dette spørgsmål har en forskergruppe bestående af Jakob Madsen Pedersen, ph.d., ph.d.-studerende Jacob Fredsøe samt lektor Anni H. Andersen fra Institut for Molekylær Biologi og Genetik ved Aarhus Universitet netop besvaret.

Forskernes studier tog udgangspunkt i chip-teknologi, som resulterede i en kortlægning af aktiviteten af samtlige gener i modelorganismen S. cerevisiae (bagegær) i fravær af topoisomeraser. Studiet afslørede bl.a. en specifik genklasse, hvis transskription helt afhænger af DNA topologien.

Disse gener er karakteriseret ved, at deres aktivering er bestemt af den overordnede kromatinstruktur i promoter-regionen, dvs. hvordan DNA’et er pakket omkring specifikke proteiner i den region, der styrer genets aktivitet. DNA’ets rumlige (topologiske) arkitektur er altafgørende for, at promoteren bliver tilgængelig for de transskriptionsfaktorer, der skal sikre transskriptionsprocessens start. Se figurer for flere detaljer.

Resultaterne demonstrerer en hidtil ukendt funktion af topoisomeraser og DNA topologi, og viser at reguleringen af genaktiviteten i cellerne er langt mere kompleks end hidtil antaget.

For PHO5 genet, som er blevet undersøgt nærmere i dette studie, viste det sig, at en essentiel transskriptionsfaktor er ude af stand til at binde til promoterregionen. Forskerne vil nu undersøge andre gener fra samme genklasse for at finde ud af, om dette er generelt for disse gener, eller om DNA topologien regulerer andre trin i aktiveringsprocessen, såsom fjernelse af de proteiner, DNA’et er pakket omkring.

Link til artiklen DNA Topoisomerases Maintain Promoters in a State Competent for Transcriptional Activation in Saccharomyces cerevisiae.


Mere information

Lektor Anni H. Andersen
Institut for Molekylærbiologi og Genetik
Aarhus Universitet
aha@mb.au.dk, 87155472

Offentligheden / Pressen, Institut for Molekylærbiologi og Genetik