Verborgene Kräfte: Mechanische Einflüsse auf die Genexpression erforscht

BerlinWissenschaftler erforschen zunehmend, wie Gene exprimiert werden, indem sie die physikalischen Kräfte auf DNA untersuchen. Diese Kräfte werden in herkömmlichen Lehrbüchern oft vernachlässigt, sind jedoch entscheidend für die Gen-Transkription. An der Clemson University untersucht Laura Finzi mit ihrem Team, wie mechanische Spannung und Drehmoment innerhalb der Zelle die Aktivität der RNA-Polymerase beeinflussen, welche DNA in Messenger-RNA umwandelt.

Wichtige Erkenntnisse dieser Studie umfassen:

Mechanische Kräfte können den Transkriptionsprozess leiten, indem sie das Verhalten der RNA-Polymerase beeinflussen. Nach Abschluss der Transkription kann die RNA-Polymerase auf der DNA-Vorlage verbleiben, was die Möglichkeit eröffnet, denselben DNA-Abschnitt mehrfach zu transkribieren. Die Interaktion der RNA-Polymerase mit der DNA kann sich je nach angewandter Kraft ändern und dadurch die Häufigkeit und Regulierung benachbarter Gene erheblich beeinflussen.

Die Forschung verwendete magnetische Pinzetten, um zu zeigen, dass die RNA-Polymerase (RNAP) bei Bakterien nicht immer nach der Bildung von mRNA abfällt. Dies stellt die übliche Vorstellung in Frage, dass sich RNAP nach der Transkription von der DNA trennt. Stattdessen könnte sich RNAP rückwärts bewegen oder an einem anderen Startpunkt neu beginnen, um eine weitere Transkription einzuleiten. Dieser Vorgang, bekannt als „kraftgesteuertes Recycling“, beeinflusst, welche Gene mehrfach kopiert werden.

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Diese Studie ist entscheidend, um zu verstehen, wie Gene kontrolliert werden. Durch die Veränderung mechanischer Kräfte könnten wir möglicherweise besser steuern, wann und wie Gene aktiviert oder deaktiviert werden. Zum Beispiel könnte die Veränderung von Teilen der RNAP, wie den Untereinheiten, die Produktion von krankheitsverursachenden Proteinen unterbinden oder verändern. Der Endbereich der Alpha-Untereinheit spielt eine wesentliche Rolle bei der Erkennung von Promotorregionen, sodass Veränderungen in diesem Bereich erheblichen Einfluss darauf haben könnten, wie die Transkription abläuft.

Nicht alle Abschnitte des Genoms werden auf die gleiche Weise oder gleichzeitig recycelt. Durch die Untersuchung dieser Unterschiede könnten Wissenschaftler eine detaillierte Karte erstellen, die zeigt, wann und wo diese Recyclingprozesse in verschiedenen Zelltypen und Lebensstadien stattfinden. Dies könnte unser Verständnis der Genfunktionen verbessern und bei der Entwicklung spezifischer Behandlungen helfen.

Neue Forschungen gehen über die Untersuchung von rein chemischen Faktoren hinaus und beziehen auch physikalische Kräfte ein, die genetische Prozesse beeinflussen. Dies zeigt, dass die Genexpression veränderlicher ist als bisher angenommen, was neue Forschungsperspektiven in der Biochemie und Medizin eröffnet. Durch das Verständnis dieser physikalischen Einflüsse könnten wir neue Behandlungen entwickeln, um Probleme bei der Genaktivierung zu beheben oder anzupassen.