טלומרים נתפסים לפעמים כמפתח לחיים ארוכים יותר. הם מגנים על גנים מפני נזק אך מתקצרים בכל פעם שתא מתחלק. בכל פעם שתא מתחלק, הטלומרים הופכים מעט קצרים יותר. בסופו של דבר, הם הופכים כל כך קצרים שהתא כבר לא יכול להתחלק בהצלחה, והתא מת.
מעט ידוע על מבנה הכרומטין הטלומרי ברמה המולקולרית. במחקר חדש, מדענים מה- מכון ליידן לפיזיקה (LION) גילו מבנה חדש של DNA טלומרי. הם השתמשו בשיטות מהפיסיקה לניסויים ביולוגיים ובמגנט זעיר לגילוי.
מכיוון שה-DNA בין הטלומרים הוא באורך שני מטרים, יש לקפל אותו כך שיתאים לתא. זה נעשה על ידי עטיפת חבילות של חלבונים ו ה-DNA יחד ליצירת מבנה המכונה נוקלאוזום. נוקלאוזום, קטע של DNA חופשי (או לא קשור), נוקלאוזום וכן הלאה מסודרים בתבנית כמו מחרוזת חרוזים.
לאחר מכן חוט החרוזים מתכווץ עוד יותר. אורך ה-DNA בין הנוקלאוזומים - החרוזים על המיתר - קובע כיצד הוא משיג זאת. כבר היו שני מבנים לאחר קיפול ידועים. לאחד מהם יש DNA חופשי תלוי ברווח שבין שני חרוזים סמוכים הנצמדים זה לזה (איור 2A). החרוזים הסמוכים לא מצליחים להיקשר זה לזה אם פער ה-DNA ביניהם קטן מדי. ואז שתי ערימות מתחילות להיווצר זו לצד זו.
במחקר זה, מדענים מצאו מבנה טלומרים נוסף: הנוקלאוזומים קרובים הרבה יותר זה לזה, כך שאין עוד DNA חופשי בין החרוזים. זה בסופו של דבר יוצר סליל אחד גדול, או ספירלה, של DNA.
מדענים גילו את המבנה החדש הזה באמצעות שילוב של מיקרוסקופיה אלקטרונית וספקטרוסקופיה של כוח מולקולרי. הטכניקה האחרונה מגיעה מהמעבדה של ואן נור. כאן, קצה DNA אחד מחובר לשקופית זכוכית, וכדור מגנטי זעיר דבוק לשני.
קבוצה של מגנטים חזקים מעל הכדור הזה ואז למשוך את מחרוזת הפנינים. על ידי מדידת כמות הכוח הדרושה כדי למשוך את החרוזים אחד אחד, אתה מוצא יותר על אופן קיפול החוט. החוקרים בסינגפור השתמשו אז במיקרוסקופ אלקטרונים כדי להבין טוב יותר את המבנה.
ואן נור אמר, "מבנה הוא 'הגביע הקדוש של הביולוגיה המולקולרית'. הכרת מבנה המולקולות תיתן לנו תובנה רבה יותר כיצד גנים מופעלים וכיבויים וכיצד אנזימים בתאים מתמודדים עם טלומרים: כיצד הם מתקנים ומעתיקים DNA, למשל. גילוי המבנה הטלומרי החדש ישפר את הבנתנו את אבני הבניין בגוף. וזה, בתורו, יעזור לנו בסופו של דבר לחקור הזדקנות ומחלות כמו סרטן ולפתח תרופות להילחם בהן".
עיון ביומן:
- Soman, A., Wong, SY, Korolev, N., et al. מבנה עמודים של כרומטין טלומרי אנושי. טבע (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-05236-5
