Postępy w sposobach wizualizacji struktur atomowych komórek zostały uhonorowane w 2017 r. Nagrodą Nobla w dziedzinie chemii. Te coraz sprawniejsze metody rzucają światło na to, jak jesteśmy zbudowani. Zastosowanie mikroskopii superrozdzielczej ujawnia aspekty wzajemnych powiązań genów z mechanizmami, które je kontrolują.

   Komórki reagują na środowisko poprzez regulację genów, w czym mają udział białkowe czynniki transkrypcyjne. Transkrypcja, mechanizm kontrolowania ekspresji genów, jest regulowana przez czynniki wiążące się z promotorami genów, co powoduje ich aktywację lub tłumienie ekspresji. Mimo iż mają zasadnicze znaczenie dla zrozumienia sposobu, w jaki geny są kontrolowane, mechanizmy, za pomocą których czynniki odnajdują cele, pozostają niejasne. Zaawansowana mikroskopia superrozdzielcza pokazuje, jak geny są kontrolowane przez klastry substancji chemicznych tworzące "nanopiłeczki", umożliwiając badanie tego, co naukowcy określają "niedostatecznie zgłębionym i nowatorskim aspektem regulacji genów" za pomocą technologii, która jeszcze niedawno nie była dostępna.

   Naukowcy z Uniwersytetu w Yorku, z których dwóch otrzymało wsparcie z finansowanego ze środków UE projektu ISOLATE, właśnie opublikowali artykuł pt. "Transcription factor clusters regulate genes in eukaryotic cells". Przedstawiają swoje odkrycie, które ich zdaniem przynosi odpowiedź na dawno postawione pytanie o to, w jaki sposób czynniki transkrypcyjne skutecznie odnajdują swoje cele. Za pomocą mikroskopii fluorescencyjnej pojedynczych cząsteczek, zespół zyskał, jak to opisał kierownik projektu, profesor Mark Leake, szefujący katedrze fizyki biologicznej na Uniwersytecie w Yorku, "zapierającą dech w piersiach" zdolność wglądu w komórki, cząsteczka po cząsteczce.

   Zespół jest przekonany, że proces klasteryzacji jest wynikiem przemyślnej strategii, jakiej używa komórka, aby umożliwić czynnikom transkrypcyjnym dotarcie możliwie jak najszybciej do docelowych genów. Fakt, że rozmiar tych nanopiłeczek odpowiada lukom między DNA, kiedy jest ciasno upakowane w komórce, nie jest ich zdaniem dziełem przypadku. DNA wciśnięte w komórki ma niewielkie luki między osobnymi łańcuchami, przypominające oczka w sieci rybackiej. Wielkość oczek jest bardzo zbliżona do wielkości nanopiłeczek - jak ustalili naukowcy.

    Jak zauważył profesor Leake w wypowiedzi dla Science Daily: "To oznacza, że nanopiłeczki toczą się wzdłuż segmentów DNA i nagle przeskakują do kolejnego pobliskiego segmentu. To umożliwia im znacznie szybsze odnajdywanie swoistego genu, który je kontroluje niż wtedy, kiedy jakiekolwiek nanoskoki nie byłyby możliwe. Innymi słowy komórki są w stanie reagować tak szybko jak to możliwe na sygnały z zewnątrz, co zapewnia ogromną przewagę w walce o przetrwanie".

   Naukowcy mają nadzieję, że ich ustalenia mogą znacznie pomóc w zrozumieniu mechaniki płytek amyloidowych występujących w chorobach neurodegeneracyjnych, między innymi w chorobie Alzheimera i Parkinsona. Pogłębiona wiedza o mechanizmie klastryzacji może nie tylko okazać się ważna dla zrozumienia tego rodzaju chorób, ale także umożliwić nowatorskie zastosowania w biologii syntetycznej w przyszłości, aby wytwarzać obwody genowe, na przykład z zestawem szytych na miarę czasów odpowiedzi.

    Projekt ISOLATE (Developing single cell technologies for systems biology) był siecią szkolenia początkowego, w której wzięło udział jedenastu stażystów. Zakres programu rozciągał się od najnowszej mikrotechnologii, bioinżynierii i biofizyki, przez chemię analityczną po biochemię i biologię systemów.