I en artikel i Science , visar forskare vid Uppsala universitet hur ett DNA-bindande protein kan söka igenom hela arvsmassan efter sin målsekvens utan att bli uppehållen på vägen. Resultatet strider mot vår nuvarande förståelse av genreglering – den genetiska koden påverkar hur ofta proteinerna binder, men inte hur länge.

Under en organisms livstid förändras dess genom mycket lite. Det som hela tiden förändras är vilka proteiner cellen producerar som svar på skador, förändringar i miljön eller stadier i reproduktionscykeln. Proteinproduktionen regleras av DNA-bindande proteiner som har utvecklat förmågan att slå på eller stänga av olika gener. Eftersom miljön kan förändras snabbt är snabb anpassning nyckeln. De DNA-bindande proteinerna måste hitta rätt DNA-kod bland miljontals baspar och göra det snabbt.

När DNA-bindande proteiner söker efter den genetiska koden för sin målsekvens, glider de längs DNA-spiralen för att påskynda processen. När de äntligen hittar rätt plats stannar de där; interaktionen med den "rätta" sekvensen hindrar dem från att glida med. Denna mekanism har blivit allmänt accepterad för att beskriva sökprocessen. Det är en tilltalande hypotes, ja, men den utgör ett irriterande problem – DNA-koden är full av "nästan korrekta" sekvenser. Om tiden som ett protein finns på ett visst DNA-motiv bestämdes av sekvensen, skulle de letande proteinerna ständigt dröja kvar vid sekvenser som liknade deras mål.

"Om lärobokens förklaring var korrekt, skulle de DNA-bindande proteinerna fastna hela tiden utanför målet. Genreglering skulle vara mycket ineffektiv, men vi vet från tidigare studier att så inte är fallet. Vårt favoritprotein, LacI, finner sitt målsekvens bland 4,6 miljoner baspar på några minuter”, säger Emil Marklund, en av forskarna bakom upptäckten.

I ett försök att lösa denna paradox lät forskarna det DNA-bindande proteinet LacI glida fram och tillbaka på tusentals olika DNA-sekvenser monterade på ett mikrochip. En fluorescerande molekyl fästes till LacI-proteinet och gjorde det möjligt att mäta hur snabbt LacI fäste vid de olika sekvenserna och hur snabbt det frigjordes. Resultatet var slående. I motsats till tidigare antaganden hade DNA-sekvensen liten effekt på hur länge Lacl förblev bundet till DNA:t. Det var emellertid mycket mer sannolikt att den glidande Lacl hölls upp en kort stund när sekvensen liknade målsekvensen. Med andra ord lämnar DNA-bindande proteiner ofta också den sekvens de är avsedda att reglera, men på målplatsen gör de alla men alltid en mycket kort resa innan de hittar tillbaka igen. På den makroskopiska tidsskalan ser detta ut som en stabil interaktion.

"Vårt resultat, att DNA-bindande proteiner binder ofta snarare än utdraget, förklarar hur LacI kan glida på DNA-sekvensen på jakt efter dess mål utan att hållas uppe i onödan. LacI reglerar upptaget av laktos i bakterier, men är naturligtvis bara en De hundratals olika transkriptionsfaktorer som reglerar våra egna gener verkar sannolikt enligt en liknande princip, säger Johan Elf, professor vid institutionen för cell- och molekylärbiologi vid Uppsala universitet och den nationella forskningsinfrastrukturen SciLifeLab.