In een artikel in de Wetenschap , laten onderzoekers van de Universiteit van Uppsala zien hoe een DNA-bindend eiwit het hele genoom kan doorzoeken op zijn doelsequentie zonder onderweg opgehouden te worden. Het resultaat is in tegenspraak met ons huidige begrip van genregulatie:de genetische code beïnvloedt hoe vaak de eiwitten binden, maar niet voor hoe lang.

Gedurende de levensduur van een organisme verandert zijn genoom zeer weinig. Wat wel constant verandert, zijn welke eiwitten de cel produceert als reactie op schade, veranderingen in de omgeving of stadia in de voortplantingscyclus. De eiwitproductie wordt gereguleerd door DNA-bindende eiwitten die het vermogen hebben ontwikkeld om verschillende genen aan of uit te zetten. Omdat de omgeving snel kan veranderen, is snelle aanpassing essentieel. De DNA-bindende eiwitten moeten de juiste DNA-code vinden tussen miljoenen basenparen, en dat snel doen.

Wanneer DNA-bindende eiwitten in de genetische code zoeken naar hun doelsequentie, glijden ze langs de DNA-helix om het proces te versnellen. Als ze eindelijk de juiste plek vinden, blijven ze daar; de interactie met de "juiste" volgorde voorkomt dat ze meeschuiven. Dit mechanisme is algemeen aanvaard om het zoekproces te beschrijven. Het is een aantrekkelijke hypothese, ja, maar het levert een vervelend probleem op:de DNA-code staat vol met 'bijna correcte' sequenties. Als de tijd dat een eiwit zich op een bepaald DNA-motief bevindt, werd bepaald door de sequentie, zouden de zoekende eiwitten constant blijven hangen op sequenties die op hun doelwit leken.

"Als de uitleg in het leerboek correct was, zouden de DNA-bindende eiwitten de hele tijd vast komen te zitten buiten het doel. Genregulatie zou erg ineffectief zijn, maar we weten uit eerdere onderzoeken dat dit niet het geval is. Ons favoriete eiwit, LacI, vindt zijn doelsequentie onder 4,6 miljoen basenparen in een kwestie van minuten", zegt Emil Marklund, een van de onderzoekers achter de ontdekking.

In een poging om deze paradox op te lossen, lieten de onderzoekers het DNA-bindende eiwit Lacl heen en weer glijden op duizenden verschillende DNA-sequenties die op een microchip waren gemonteerd. Aan het LacI-eiwit werd een fluorescerend molecuul vastgehecht, waarmee gemeten kon worden hoe snel LaI aan de verschillende sequenties hechtte en hoe snel het vrijkwam. Het resultaat was opvallend. In tegenstelling tot eerdere veronderstellingen, had de DNA-sequentie weinig effect op hoe lang LaCl aan het DNA gebonden bleef. Het was echter veel waarschijnlijker dat de glijdende Lacl kort werd opgehouden wanneer de sequentie vergelijkbaar was met de doelsequentie. Met andere woorden, DNA-bindende eiwitten laten vaak ook de volgorde achter die ze moeten reguleren, maar op de doellocatie maken ze bijna altijd een zeer korte reis voordat ze hun weg terug vinden. Op de macroscopische tijdschaal lijkt dit een stabiele interactie.

"Ons resultaat, dat DNA-bindende eiwitten vaak binden in plaats van langdurig, verklaart hoe LacI op de DNA-sequentie kan schuiven op zoek naar zijn doelwit zonder onnodig opgehouden te worden. LacI reguleert de opname van lactose door bacteriën, maar is natuurlijk slechts een De honderden verschillende transcriptiefactoren die onze eigen genen reguleren, werken waarschijnlijk volgens een soortgelijk principe", zegt Johan Elf, hoogleraar aan de afdeling Cel- en Moleculaire Biologie aan de Universiteit van Uppsala en de nationale onderzoeksinfrastructuur SciLifeLab.