Forskningen, utförd av ett team av forskare under ledning av professor Hashim M. Al-Hashimi från Duke University, fokuserade på en molekylär maskin som kallas RNA-polymeras, som fungerar som en mästerregulator för transkription. Denna molekylära maskin läser den genetiska koden i DNA och använder den som mall för att konstruera mRNA-molekyler som bär de genetiska instruktionerna till andra delar av cellen för proteinsyntes.
En av utmaningarna under transkription är möjligheten att RNA-polymeras glider eller stannar, vilket leder till fel i mRNA-syntes och potentiellt skadliga mutationer i cellens genetiska information. För att förhindra dessa fel använder celler en sofistikerad korrekturläsningsmekanism som involverar en region inom RNA-polymeraset som kallas "molekylär linjal".
Professor Al-Hashimi och hans team upptäckte att den molekylära linjalen uppnår sin noggrannhet inte genom exakt mätning utan snarare genom dynamiska konformationsförändringar som gör det möjligt för RNA-polymeraset att snabbt "känna av" när transkriptionen fortsätter felaktigt. Denna flexibilitet säkerställer att eventuella fel upptäcks och korrigeras innan de leder till permanenta förändringar i mRNA-molekylen.
Forskargruppen använde avancerade biofysiska tekniker, inklusive enkelmolekylär fluorescensresonansenergiöverföring (smFRET) och simuleringar av molekylär dynamik, för att avslöja den molekylära linjalens dynamiska natur och dess roll för att upprätthålla transkriptionell trohet. Dessa tekniker gav realtidsinsikter om de strukturella förändringar som sker under transkription och gjorde det möjligt för forskarna att observera den molekylära linjalen i aktion.
Fynden kastar nytt ljus över det kritiska samspelet mellan strukturell dynamik och biologisk funktion i cellulära processer, och avslöjar elegansen och precisionen hos de molekylära mekanismer som celler använder för att säkerställa noggrannhet i informationsöverföring. Att förstå dessa mekanismer har potentiella implikationer för att förstå och potentiellt behandla genetiska sjukdomar och störningar som uppstår från fel i DNA-till-RNA-transkription.
Studien, publicerad i den prestigefyllda tidskriften Nature, belyser vikten av tvärvetenskaplig forskning i gränssnittet mellan kemi, biologi och fysik för att främja vår förståelse av komplexa cellulära processer. Genom att avslöja hemligheterna bakom cellulär informationsöverföring fortsätter forskare att bana väg för innovativa metoder inom genetikområdet, vilket öppnar nya vägar för sjukdomsdiagnostik och behandling.
