Trappole ottiche e luce laser hanno permesso di approfondire i processi che regolano la sintesi delle proteine. Scopriamo i risultati di una ricerca a guida Unifi pubblicata su Nucleic Acids Research (“Sliding of a single lac repressor protein along DNA is tuned by DNA sequence and molecular switching” doi: 10.1093/nar/gky208) in una conversazione con il coordinatore, il fisico Marco Capitanio.
Perché il DNA viene studiato non solo dai biologi e dai chimici, ma anche dai fisici?
E’ noto che il DNA contiene le informazioni genetiche che servono a sintetizzare le proteine, molecole indispensabili per lo sviluppo e il funzionamento di tutti gli esseri viventi. A livello dello studio della singola molecola, il laser e le trappole ottiche permettono un livello di risoluzione a cui l’indagine chimica e biologica non riescono ad arrivare.
Il settore di indagine è la regolazione dell’espressione genica
Certo. Le proteine associate ai geni non vengono espresse sempre, ma – per così dire – nel momento giusto e al posto giusto a seconda delle esigenze del corpo. Esistono, perciò, delle proteine regolatorie – dette “fattori di trascrizione” – che controllano la produzione delle proteine necessarie in un certo momento e bloccano la sintesi delle proteine non necessarie.
In che modo?
I fattori di trascrizione interagiscono con il DNA e vi si attaccano in un determinato punto detto “bersaglio”, permettendo o impedendo l’espressione di una proteina.
In particolare cosa avete studiato ?
Lo studio ha riguardato la proteina repressore lac (LacI), cioè la proteina che impedisce la digestione del lattosio: in presenza del lattosio essa non si attacca al DNA e ne permette la digestione; quando invece il lattosio non è presente, essa si attacca al DNA e blocca la sintesi degli enzimi responsabili della digestione del lattosio. Finora sapevamo che la proteina regolatrice si attacca a un punto qualunque del DNA e poi scivola fino a che non trova il bersaglio, un po’ come se fosse su un tapis roulant.
Cosa avete scoperto di nuovo ?
Con le trappole laser è stato possibile studiare il processo di ricerca della sequenza bersaglio con una risoluzione temporale e spaziale molto migliore degli studi precedenti. Questo ci ha permesso di scoprire nuovi aspetti del meccanismo di ricerca. Innanzitutto, la velocità con cui la proteina regolatrice scorre sul DNA dipende dalla sequenza per così dire “non bersaglio” a cui si attacca. Inoltre, lo scorrimento è regolato in base alle esigenze: se non c’è esigenza di quella proteina, la proteina non si attacca al DNA e non scorre, in modo tale da non creare affollamento. Infine, la proteina nel passaggio dallo scorrimento sul DNA al legame con il bersaglio, cambia conformazione. E’ probabile che i meccanismi che abbiamo scoperto in questo studio siano comuni a molti fattori di trascrizione.
Chi ha fatto parte del team di ricerca?
La ricerca è stata realizzata dal gruppo di biofisica di singola molecola, da me guidato e formato da ricercatori afferenti al Lens – Laboratorio Europeo di Spettroscopia Non lineare, al Dipartimento di Fisica e astronomia, al Dipartimento di Biologia e all’Istituto Nazionale di Ottica (INO)-CNR. Del gruppo fanno parte Alessia Tempestini e Carina Monico, prime autrici del lavoro, e Francesco Saverio Pavone, fondatore del gruppo e docente di Fisica della materia, direttore del LENS, dei cui gruppi di ricerca in Biofisica e Biofotonica è coordinatore.
