Odkrywanie mechanizmu superzwijania DNA
Superzwijanie się DNA, tj. zwijanie się nici DNA, ma duże znaczenie w wielu procesach biologicznych, takich jak kondensacja DNA. Ponadto, określone enzymy, takie jak topoizomerazy, zdolne są do zmiany struktury DNA, dla usprawnienia takich procesów, jak replikacja czy transkrypcja. W ramach finansowanego przez UE projektu REV GYR MECH właśnie ukończono badania na temat mechanizmu superzwijania u Thermotoga maritima (T. Maritime), hipertermofilnej bakterii występującej w gorących źródłach. Idealna temperatura dla tego drobnoustroju to 80˚C, przez co wyróżnia się on w świecie bakterii. Pewien enzym, odwrotna gyraza, również występujący w organizmach hipertermofilnych może wprowadzić dodatnie superzwoje do DNA. Odwrotna gyraza wzbudziła ostatnio spore zainteresowanie w kręgach naukowych ze względu na swoją wyjątkową architekturę i funkcję. Zespół projektu REV GYR MECH zbadał enzym z biofizycznego punktu widzenia. Celem było określenie modelu, który mógłby powiązać architekturę jego domeny z funkcją enzymu. Dokładniej rzecz biorąc, naukowcy przyjrzeli się temu, w jaki sposób nukleotydy i DNA wiążą się ze sobą, oraz przeanalizowali komunikację wewnątrz domeny, która sprzyja superzwijaniu. Zespół projektu REV GYR MECH usunął pewną kluczową domenę, tak zwaną domenę zaczepu (ang. latch domain), w enzymie. Usunięcie to doprowadziło do utraty współpracy w zakresie wiązania nukleotydów i DNA oraz możliwości odróżniana między jedno- a dwuniciowym DNA. Co więcej, czynność superzwijania została całkowicie zakończona, co wskazało, że domena zaczepu jest decydującym komponentem dla dodatniego procesu superzwijania. Korzystając z krystalografii molekularnej, zespół projektu opracował model dynamiki działania odwrotnej gyrazy. Eksperymenty w oparciu o rezonansowe przeniesienie energii w mechanizmie Förstera (FRET) pozwoliły następnie dokonać walidacji tego modelu. Po dołączeniu barwników do oddziałujących wzajemnie części enzymu i DNA (domeny), wyniki wskazały, że enzym "przełącza" domeny w temperaturach subfizjologicznych oraz w obecności innych dużych cząsteczek DNA, takich jak plazmidy. Wyniki projektu REV GYR MECH dostarczyły podstaw dla złożonych prac nad DNA drobnoustroju o pradawnym pochodzeniu. Wyniki badania mogą dostarczyć informacji na temat mechaniki molekularnej reakcji enzym–DNA.
