Wpływ procesów metabolicznych na regulację DNA

Jak informuje prestiżowe czasopismo Cell, naukowcy z Faculty of Medicine & Dentistry at the University of Alberta zidentyfikowali niedawno zupełnie nową genetyczną zależność pomiędzy DNA a procesami metabolicznymi. Odkrycie to może pomóc w zrozumieniu przyczyn powstawania wielu bardzo poważnych schorzeń, w tym chorób nowotworowych. 

Niezwykłe odkrycie…

Materiał genetyczny obecny jest we wszystkich komórkach naszego ciała. Aby długie nici DNA mogły się w nich zmieścić muszą one zostać nawinięte na specjalne białka zwane histonami. Powstanie takich właśnie szczelnych kompleksów zapobiega ekspresji genów oraz replikacji DNA, niezbędnych do podziału i wzrostu komórki. W związku z tym, aby mogło dość do ewentualnej replikacji DNA histony muszą ulec modyfikacji. Odbywa się to poprzez dołączenie do nich grup acetylowych pochodzących ze specjalnych cząsteczek zwanych acetylo-CoA. Reakcja ta powoduje rozluźnienie się nici DNA umożliwiających jej wspomnianą już replikację i ekspresję genów. Mechanizm ten nazywa się regulacją epigenetyczną DNA (ang.”epigenetic regulation of DNA”). Jest on bardzo istotny dla wielu funkcji organizmu (np. funkcji mózgowych czy wzrostu zarodka). Przyczynia się jednak do rozwoju takich chorób, jak chociażby niewydolność serca czy choroby nowotworowe. Sposób wytwarzania przez jądro komórkowe cząsteczek acetylo-CoA był dotąd nieznany.

Z czasem naukowcy odkryli, że jest to możliwe dzięki obecności kompleksu dehydrogenazy pirogronianowej (ang. pyruvate dehydrogenase complex, PDC), czyli kompleksu trzech enzymów biorących udział w wytwarzaniu wspomnianej wyżej cząsteczki. Dotychczas sądzono, że cały ten proces odbywa się w specjalnych strukturach zwanych mitochondriami. To właśnie tam dochodzi do wygenerowania związku chemicznego o nazwie acetylo-CoA, służącego do produkcji energii. W tym celu mitochondria wykorzystują z kolei węglowodany, które do organizmu dostarczane są wraz z dietą. Naukowcy zauważyli obecność PDC także w jądrach komórkowych. Eksperci nie ukrywali zdziwienia tym niezwykłym odkryciem, wydawało się przecież, że cała wiedza na temat biologii komórki została już poznana.

Po przeprowadzeniu dogłębnej analizy eksperci stwierdzili, że translokacja PDC z mitochondriów do jądra przyczynia się do szybszego wzrostu komórek nowotworowych. Odkrycia te mogą stanowić wyjaśnienie sposobu, w jaki przebiega proces regulacji DNA. Jest jednocześnie dowód na istnienie ścisłych powiązań między procesami metabolicznymi a zjawiskiem regulacji genetycznej.

Naukowcy mają nadzieję, że wiedza ta pozwoli opracować nowe strategie walki z rakiem.