Im Zellkern binden zahlreiche Proteine an das DNA-Molekül, um die Aktivität bestimmter Gene zu regulieren. Eines davon ist das TATA-Box Binding Protein (TBP), das an eine spezifische DNA-Sequenz bindet und ein Initialsignal für das Ablesen von DNA darstellt. Falsch gebundenes TBP wird durch ein spezielles Enzym namens Mot1 aus der DNA entfernt und „recycelt“. Dieses Enzym gehört zu einer großen Familie molekularer Maschinen, den sogenannten Swi2/Snf2-Remodelern, die die Energie von ATP nutzen, um Protein-DNA-Bindungen aufzubrechen.
Wissenschaftler um Professor Karl-Peter Hopfner, Direktor des Genzentrums München an der LMU, haben nun eine detaillierte Darstellung dieses bisher nur ungenau verstandenen Verdrängungsprozesses erarbeitet. Mittels kryogener Elektronenmikroskopie erstellten die Forscher verschiedene „Schnappschüsse“ der Umbaureaktion.
Dadurch konnten sie strukturelle Details des TBP-Verdrängungsprozesses in 3D-Strukturmodellen visualisieren. In einem oder mehreren Durchgängen greift Mot1 DNA, die sich in der Nähe von TBP befindet, und biegt und verdreht sie, bis das TBP verdrängt wird, während es auch jede erneute Bindung an die DNA verhindert. Die Forschung wird in der Zeitschrift veröffentlicht Natur Struktur- und Molekularbiologie.
Dieser Prozess zeigt die unterschiedlichen Arbeitsweisen der Swi2/Snf2-Remodeler-Familie: Alle Mitglieder haben den gleichen Motor, nutzen ihn aber unterschiedlich, sei es, um DNA neu zu verpacken oder – wie im Fall von Mot1 – Proteine vollständig von DNA zu lösen. Zukünftig wollen die Forscher das gewonnene Wissen auch auf komplexere molekulare Swi2/Snf2-Maschinen anwenden, die bei Prozessen wie der Krebsentstehung oder der Entwicklung von Neuronen eine Rolle spielen.
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Stephan Woike et al., Strukturelle Basis für die TBP-Verdrängung von TATA-Box-DNA durch die Swi2/Snf2-ATPase Mot1, Natur Struktur- und Molekularbiologie (2023). DOI: 10.1038/s41594-023-00966-0