Ny viden: Sådan holder proteinerne styr på gener, så vores celler ikke fejludvikler sig

Hver gang, en celle i vores krop lægger an til at dele sig, går en uhyre kompliceret proces i gang, der skal sørge for, at modercellens DNA bliver kopieret over i en ny dattercelle sammen med alle de rigtige anvisninger for, hvilke gener på DNA-strengen, der skal slukkes og hvilke, der skal aktiveres.

Hvis der sker fejl i den proces, og den nye celle ikke bliver identisk med modercellen, kan der opstå skader og sygdom.

Forskere er derfor interesserede i at lære mere om disse processer, og hvorfor det nogle gange ikke lykkes at kopiere en celles DNA og anvisninger videre, uden at der opstår fejl.

To sådanne forskere er professor Ole Nørregaard Jensen og akademisk medarbejder Tina Ravnsborg fra Institut for Biokemi og Molekylær Biologi. De er medforfattere på et nyt tysk-dansk-engelsk-hollandsk studie, der er ledet af forskere fra det tyske forskningscenter Helmholtz Munich, og som er publiceret i det videnskabelige tidsskrift Nature. 

Forskerholdet har med deres studie skabt et nyt indblik i, hvordan det foregår, når DNA og anvisninger bliver vedligeholdt og afkodet i cellen. Anvisningerne gives af særlige kemiske tags, der enten kan sidde direkte på DNA’et eller på nogle strukturer omkring det i cellekernen. De kaldes også for epigenetiske modifikationer.

Mere specifikt har forskerne identificeret mere end 2000 forskellige proteiner, der alle spiller en rolle i denne proces.

Kan føre til uhæmmet cellevækst

- Vores studie viser, hvordan epigenetiske modifikationer fortolkes og afkodes ved, at cellen rekrutterer bestemte proteiner til helt præcise steder i DNA’et. Herved bliver udvalgte gener aktiveret; f.eks. de gener som sikrer, at cellen og dens datterceller forbliver leverceller, og ikke udvikler sig til kræftceller. De epigenetiske modifikationer giver altså cellen en hukommelse, så den husker, hvilke gener der skal være tændt og hvilke der skal være slukket, både før og efter celledelingen. Hvis der er kludder i disse epigenetiske mekanismer, tændes der f.eks. for de forkerte gener, hvilket kan føre til uhæmmet cellevækst og dermed cancer, siger Ole Nørregaard Jensen.

Processen med at vedligeholde DNA og cellens anvisninger for, hvordan de enkelte gener skal bruges ved celledeling er uhyre kompleks. Ikke alene skal hele DNA-strengen, som findes i hver eneste cellekerne, kopieres over.

De epigenetiske modifikationer, der sørger for, at bestemte dele af DNA’ets gener aktiveres, mens andre inaktiveres, skal også kopieres til den nye celle, så den nye celle får en præcis opskrift på, om den skal udvikle sig til en levercelle, en hudcelle eller en anden slags celle.

Den to meter lange DNA-streng

De epigenetiske modifikationer kan enten sidde direkte på DNA’et eller på de strukturer, der sørger for at pakke DNA-strengen i cellekernen. Selve DNA-strengen er to meter lang og skal derfor pakkes meget effektivt i cellekernen; den ligger rullet op omkring nogle proteiner, de såkaldte histoner.

Det er disse epigenetiske modifikationer, der er i fokus i det nye studie. De mere end 2000 proteiner, som forskerholdet har identificeret, spiller alle en rolle i, hvordan histonerne læser og afkoder modercellens DNA, og hvordan histonerne kopierer denne information og sender den videre til den nye celle.

- Vi ser, at meget små ændringer i de epigenetiske modifikationer i histoner fører til rekruttering af forskellige proteinkomplekser, som så kan sætte gang i en omprogrammering af cellen, siger Ole Nørregaard Jensen og fortsætter:

Faktorer som miljø, alder og hormoner spiller ind

- Jeg tør godt sige, at vi faktisk har afkodet en del af proteinernes sprog, og dermed fået indsigt i, hvordan dette sprog fortolkes og huskes inden i cellerne.

Epigenetiske modifikationer kan forårsages af mange faktorer: miljø, ernæringstilstand, alder, hormoner og livsstil i det hele taget.

Ole Nørregaard Jensen og Tina Ravnsborg har bidraget til studiet ved at udføre protein-analyser med massespektrometri. Denne analyseform kaldes proteomics og med SDU’s avancerede udstyr har forskerne kunne finde hidtil usete molekylære detaljer i, hvordan DNA’et i en celle reguleres. 

Forskerholdet har valgt at stille sine resultater og værktøjer til rådighed for andre og har til det formål etableret hjemmesiden MARCS - Modification Atlas of Regulation by Chromatin States. 

FAKTA om cellens konstante DNA-kopiering:

Alle mennesker har en unik DNA-streng, som stammer fra en enkelt celle; den befrugtede ægcelle, som har delt sig og skabt de milliarder af celler, som det færdige menneske består af. De indeholder alle en kopi af den DNA-streng, der blev skabt ved befrugtningen. Men de forskellige celler afkoder DNA’et på forskellige måder, hvorved mere end 200 forskellige celletyper kan dannes. Nogle celletyper dør hurtigt og skal skiftes ud mange gange; det er f.eks. hudceller og tarmceller, som der bliver lavet nye af med få dages mellemrum. Hver eneste gang, der laves en ny celle, bliver der lavet en kopi af den unikke DNA-streng til den nye celle.