Forskning vid University of York har avslöjat att gener styrs av "nanofotbollar" - strukturer som ser ut som fotbollar men 10 miljoner gånger mindre än den genomsnittliga bollen.

Genom att placera små glödande sonder på transkriptionsfaktorer - speciella kemikalier inuti celler som styr om en gen slås på eller "av" - fick forskarna en anmärkningsvärd ny insikt i hur gener kontrolleras.

Avgörande, de upptäckte att transkriptionsfaktorer inte fungerar så enstaka molekyler som man tidigare trott, men som ett sfäriskt fotbollsliknande kluster av cirka sju till tio molekyler med ungefär 30 nanometer i diameter.

Upptäckten av dessa nanofotbollar kommer inte bara att hjälpa forskare att förstå mer om de grundläggande sätten på vilka gener fungerar, men kan också ge viktiga insikter om människors hälsoproblem i samband med en rad olika genetiska störningar, inklusive cancer.

Forskningen, stöds av Biotechnology and Biological Sciences Research Council (BBSRC) och publiceras i eLife utfördes av forskare från University of York, och Göteborgs universitet och Chalmers tekniska högskola, Sverige. Forskarna använde avancerad superupplösningsmikroskopi för att titta på nanofotbollarna i realtid, använder samma typ av jästceller som används vid bakning och bryggning av öl.

Professor Mark Leake, Ordförande i biologisk fysik vid University of York som ledde arbetet, sa:"Vår förmåga att se inuti levande celler, en molekyl i taget, är helt enkelt hisnande.

"Vi hade ingen aning om att vi skulle upptäcka att transkriptionsfaktorer fungerade på detta klustrade sätt. Alla läroböckerna föreslog att enstaka molekyler användes för att slå på och av gener, inte dessa galna nanofotbollar som vi observerade."

Teamet tror att klustringsprocessen beror på en genialisk strategi för cellen för att tillåta transkriptionsfaktorer att nå sina målgener så snabbt som möjligt.

Professor Leake sa:"Vi fick reda på att storleken på dessa nanofotbollar är en anmärkningsvärt nära överensstämmelse med gapen mellan DNA när det krypas upp inuti en cell. Eftersom DNA inuti en kärna verkligen kläms in, du får små luckor mellan separata DNA-strängar som är som nätet i ett fiskenät. Storleken på detta mesh är verkligen nära storleken på nanofotbollarna vi ser.

"Detta betyder att nanofotbollar kan rulla längs DNA-segment men sedan hoppa till ett annat närliggande segment. Detta gör att nanofotbollen kan hitta den specifika gen som den kontrollerar mycket snabbare än om inget nanohoppning var möjligt. Med andra ord, celler kan svara så snabbt som möjligt på signaler utifrån, vilket är en enorm fördel i kampen för överlevnad."

Gener är gjorda av DNA, den så kallade livets molekyl. Sedan upptäckten att DNA har en dubbel helixform, gjord på 1950 -talet av banbrytande biofysikforskare, mycket har lärt sig om transkriptionsfaktorer som kan styra om en gen slås på eller av. Om en gen är påslagen, specialiserade molekylära maskineri i cellen läser av dess genetiska kod och omvandlar den till en enda proteinmolekyl. Tusentals olika typer av proteinmolekyler kan sedan tillverkas, och när de interagerar kan det driva uppbyggnaden av alla de anmärkningsvärda strukturer som finns inuti levande celler.

Processen att kontrollera vilka gener som slås på eller av vid någon viss tidpunkt är grundläggande för allt liv. När det blir fel, detta kan leda till allvarliga hälsoproblem. Särskilt, dysfunktionell byte av gener kan resultera i celler som växer och delar sig okontrollerbart, som i slutändan kan leda till cancer.

Denna nya forskning kan hjälpa till att ge insikter i människors hälsoproblem som är förknippade med en rad olika genetiska sjukdomar. Nästa steg blir att utvidga denna forskning till mer komplicerade typer av celler än jäst - och i slutändan till mänskliga celler.