Noggranna mätningar i levande celler utmanar klassisk modell för genreglering

I alla levande organismer regleras gener av proteiner som kallas transkriptionsfaktorer. Den etablerade modellen säger att en gen är avstängd så länge en hämmande transkriptionsfaktor är bunden till DNA-strängen. Uppsalaforskare är nu först i världen med att lyckas studera processen i levande celler. Slutsatsen är att genreglering tycks vara en mer komplex process än man tidigare trott.

Metoden och resultaten publiceras i dag Nature Genetics nätupplaga och sedan i nästa nummer av tidskriften.
– Ekvationen som relaterar mängden transkriptionsfaktorer till genuttryck är central för biologin eftersom den beskriver hur tillståndet i cellen, d.v.s mängden av olika proteiner, bestämmer förändringshastigheten för tillståndet. Dess roll inom biologin kan därför liknas vid den roll som Newtons andra lag har i klassisk fysik. Att veta huruvida denna grundläggande relation stämmer är mycket viktigt för förståelsen av biologiska system, säger Johan Elf, professor i fysisk biologi vid Uppsala universitet.

Forskare i Johan Elfs grupp lyckades testa förhållandet direkt i levande celler genom att studera hur ofta en transkriptionsfaktor band till och frigjordes från en specifik position på bakteriekromosomen, och sedan jämföra dessa värden med en oberoende mätning av inhiberingen för samma gen.

– Antagandena bakom modellen är så djupt rotade att det kan verka som att vi mäter samma sak på två sätt, säger Johan Elf.

Men forskarna lyckades hitta en liten men tydligt signifikant skillnad mellan mätningarna för specifika, reglerande DNA-sekvenser. Deras resultat öppnar för ett stort antal nya möjliga förklaringar för hur gener regleras i levande celler.

– En tolkning av våra resultat är att aktiv transkriptionsinitiering håller det reglerande systemet ur jämvikt. Det är kul för det betyder att vi måste börja tänka på genreglering bortom den enkla bilden som ges av statistisk mekanik för jämviktsförhållanden, säger Petter Hammar, en av de huvudansvariga bakom studien.

Det är än så länge okänt om resultatet gäller även för andra gener och organismer, men det faktum att forskarna hittade intressanta avvikelser i det första system de tittade på tyder på att det sannolikt är viktigt även i många andra system. Den metod som uppsalaforskarna utvecklat kan användas också för att undersöka dessa fall.

För mer information, kontakta professor. Johan Elf, tel: 018-471 46 78, 070-980 31 35, johan.elf@icm.uu.se

Science for Life Laboratory (SciLifeLab) är ett center för molekylära biovetenskaper med fokus på forskning inom hälsa och miljö. Centret kombinerar teknisk expertis och avancerade instrument med ett brett kunnande inom translationell medicin och molekylär biovetenskap. SciLifelab är en nationell resurs och ett samarbete mellan fyra universitet: Karolinska Institutet, Kungliga Tekniska högskolan, Stockholms universitet och Uppsala universitet.