Un sistem elaborat de filamente, dinamica picăturilor lichide și a conectorilor de proteine, permit repararea unor parți deteriorate din componența ADN-ului, în nucleele celulelor. Descoperirea a fost făcută de către cercetătorii din cadrul Universității din Toronto. Aceștia contestă teoria cu privire la ADN-ul deteriorat ce plutește fără scop, evidențiind valoarea cercetărilor interdisciplinare în biologie și fizică.
Repararea ADN-ului ajută la asigurarea stabilității genomului, ceea ce, la rândul său, permite celulelor să funcționeze și să promoveze sănătatea în toate organismele. ADN-ul dublu catenar deteriorat este toxic pentru celule, iar cercetătorii au presupus, de zeci de ani, că acesta plutea în interiorul nucleelor celulare fără direcție, până când se declanșau alte modificări celulare.
Lucrurile au început să se schimbe din anul 2015, când profesorul Karim Mekhail a demonstrat că ADN-ul deteriorat poate fi transportat în mod intenționat de „ambulanțele” de proteine motorii la „spitalele pentru ADN”, zone îmbogățite cu anumiți factori de reparare din nuclee. Ulterior, cercetătorii au demonstrat, alături de inginerii aerospațiali că, după o deteriorare a ADN-ul dublu catenar, acesta călătorește pentru a se reface, urmând drumurile lungi de microtubuli, asemănătoare firelor de ață, acestea fiind într-o continuă mișcare.
În studiul actual, profesorul Mekhail și autorul principal Roxanne Oshidari au analizat microorganismele unicelulare denumite ,,celule de drojdie”, cu multe „pauze” de ADN dublu catenar, demonstrând că prin coordonarea tipurilor mai scurte de filamente și microtubuli cu picăturile asemănătoare lichidelor compuse din proteine de reparare a ADN-ului este permisă crearea și funcționarea unui centru de reparare a acestuia.
„Picăturile de lichid funcționează prin intermediul unor microtubuli intranucleari pentru a susține gruparea zonei deteriorate”, spune Mekhail. „Pentru repararea proteinelor de pe aceste porțiuni diferite, se adună picături, care fuzionează într-o picătură mai mare, la centrul de reparații, prin acțiunea microtubulelor nucleare scurte”, continuă acesta.
Revista științifică Nature Communications a publicat concluziile.
Mekhail a apelat la Nasser Ashgriz, profesor de inginerie mecanică industrială, pentru a măsura și înțelege rolul picăturilor în procesul de reparație.
Cu ajutorul unui videoclip realizat de către profesorul Mekhail, despre picăturile lui Ashgriz, a confirmat că acest proces implică dinamica fluidelor. Dar, comunicarea între domeniile biologie-fizică a fost o provocare. „A fost foarte dificil să înțeleg, la început, deoarece terminologiile noastre sunt total diferite”, spune Ashgriz.
Când el și Mekhail au folosit un limbaj simplu pentru a descrie cum s-au comportat picăturile, lucrurile au început să aibă sens. „Ne-am concentrat pe aspectele fizice ale picăturilor”, spune Ashgriz. „Fizica care provoacă mișcarea și dinamica a devenit limbajul nostru comun”, adaugă el.
După luni de discuții, experimente și simulările realizate pe computer au prezis, în mod repetat că, filamentele mai scurte se vor mișca ca niște pistoane, scăzând presiunea în nucleoplasmă, creând un efect de aspirație, din care va rezulta fuziunea picăturilor. Aceste rezultate au fost obținute de către Mekhail și echipa sa în laborator.
„Reunirea unor persoane cu puncte de vedere diferite poate îmbunătăți, într-adevăr, înțelegerea, iar această lucrare a fost un exemplu bun, o contribuție mare, având punctul de vedere al lui Karim, pentru viziunea și inițiativa sa”, declară Meckhail.
De asemenea, Mekhail și echipa sa au descoperit proprietăți importante ale picăturilor, cu ajutorul profesorilor din cadrul Universității din Toronto, Hyun Kate Lee și Haley Wyatt, în departamentul de biochimie.
Cercetătorii au descoperit ceva uimitor, după mai multe cicluri de fuziune a picăturilor. „A fost bizar și total neașteptat, încă îmi amintesc acea zi”, spune Mekhail. Oshidari a observat că picăturile mai mari inițiază o concentrare internă a blocurilor de construcție al filamentului, forțând crearea unui drum stabil, care se întrepătrunde cu sine, imitând pânza de păianjen, care permite ADN-ului să se atașeze de filamentele cu „drumuri” mai lungi.
,,Procesul complex este ușor de ratat, atunci când ne uităm la zonele deteriorate ale ADN-ului”, spune Mekhail, în mare parte pentru că ,,imagistica a devenit extrem de automatizată”, continuă el. Cele mai multe programe software au fost configurate, pentru a vedea ce a fost, deja, văzut. „Nu ne putem baza pe vechile modalități de analiză”, spune el. „Trebuie să actualizăm software-ul și să ne lăsăm ghidați de stimuli, atunci când este nevoie”, adaugă el.
