In een belangrijke doorbraak hebben scheikundigen onthuld hoe cellen hun stabiliteit behouden tijdens een cruciaal proces dat DNA-transcriptie wordt genoemd en waarbij messenger RNA (mRNA) wordt gevormd uit genetische informatie die in DNA is gecodeerd. Deze ontdekking werpt licht op de ingewikkelde moleculaire mechanismen die zorgen voor nauwkeurige informatieoverdracht binnen cellen, een fundamentele stap voor goede genexpressie en celfunctioneren.

Het onderzoek, uitgevoerd door een team van wetenschappers onder leiding van professor Hashim M. Al-Hashimi van Duke University, concentreerde zich op een moleculaire machine bekend als RNA-polymerase, die fungeert als een hoofdregulator van transcriptie. Deze moleculaire machine leest de genetische code in DNA en gebruikt deze als sjabloon om mRNA-moleculen te construeren die de genetische instructies naar andere delen van de cel transporteren voor eiwitsynthese.

Een van de uitdagingen tijdens transcriptie is de mogelijkheid dat RNA-polymerase wegglijdt of vastloopt, wat leidt tot fouten in de mRNA-synthese en mogelijk schadelijke mutaties in de genetische informatie van de cel. Om deze fouten te voorkomen, gebruiken cellen een geavanceerd proefleesmechanisme waarbij een regio binnen het RNA-polymerase betrokken is die bekend staat als de 'moleculaire heerser'.

Professor Al-Hashimi en zijn team ontdekten dat de moleculaire heerser zijn nauwkeurigheid niet bereikt door precieze metingen, maar eerder door dynamische conformationele veranderingen die het RNA-polymerase in staat stellen snel te "voelen" wanneer de transcriptie verkeerd verloopt. Deze flexibiliteit zorgt ervoor dat eventuele fouten worden opgespoord en gecorrigeerd voordat ze tot permanente veranderingen in het mRNA-molecuul leiden.

Het onderzoeksteam gebruikte geavanceerde biofysische technieken, waaronder single-molecule fluorescentie resonantie energieoverdracht (smFRET) en moleculaire dynamica-simulaties, om de dynamische aard van de moleculaire heerser en zijn rol bij het handhaven van transcriptionele betrouwbaarheid bloot te leggen. Deze technieken gaven realtime inzicht in de structurele veranderingen die optreden tijdens transcriptie en lieten de wetenschappers de moleculaire heerser in actie observeren.

De bevindingen werpen nieuw licht op de kritische wisselwerking tussen structurele dynamiek en biologische functie in cellulaire processen, en onthullen de elegantie en precisie van de moleculaire mechanismen die cellen gebruiken om nauwkeurigheid bij informatieoverdracht te garanderen. Het begrijpen van deze mechanismen heeft potentiële implicaties voor het begrijpen en mogelijk behandelen van genetische ziekten en aandoeningen die voortkomen uit fouten in de DNA-naar-RNA-transcriptie.

De studie, gepubliceerd in het prestigieuze tijdschrift Nature, benadrukt het belang van interdisciplinair onderzoek op het grensvlak van scheikunde, biologie en natuurkunde bij het bevorderen van ons begrip van complexe cellulaire processen. Door de geheimen van cellulaire informatieoverdracht bloot te leggen, blijven wetenschappers de weg vrijmaken voor innovatieve benaderingen op het gebied van de genetica, waardoor nieuwe wegen worden geopend voor de diagnose en behandeling van ziekten.