La ricerca dell'Università di York ha rivelato che i geni sono controllati da "nano palloni da calcio", strutture che sembrano palloni da calcio ma 10 milioni di volte più piccole della palla media.

Posizionando minuscole sonde luminose sui fattori di trascrizione, sostanze chimiche speciali all'interno delle cellule che controllano se un gene viene attivato o disattivato, i ricercatori hanno ottenuto una nuova straordinaria visione del modo in cui i geni sono controllati.

In modo cruciale, hanno scoperto che i fattori di trascrizione non operano come singole molecole come si pensava in precedenza, ma come un ammasso sferico simile a un pallone di circa sette-dieci molecole di circa 30 nanometri di diametro.

La scoperta di questi nanopalloni non solo aiuterà i ricercatori a comprendere meglio i modi di base in cui operano i geni, ma può anche fornire importanti spunti sui problemi di salute umana associati a una serie di diverse malattie genetiche, compreso il cancro.

La ricerca, sostenuto dal Biotechnology and Biological Sciences Research Council (BBSRC) e pubblicato in eLife è stato condotto da scienziati dell'Università di York, e l'Università di Göteborg e la Chalmers University of Technology, Svezia. I ricercatori hanno impiegato un'avanzata microscopia a super-risoluzione per guardare i nanopalloni in tempo reale, utilizzando lo stesso tipo di cellule di lievito utilizzate nella cottura e nella produzione della birra.

Professor Mark Leake, Cattedra di Fisica Biologica presso l'Università di York che ha guidato il lavoro, ha detto:"La nostra capacità di vedere all'interno delle cellule viventi, una molecola alla volta, è semplicemente mozzafiato.

"Non avevamo idea che avremmo scoperto che i fattori di trascrizione operavano in questo modo raggruppato. Tutti i libri di testo suggerivano che le singole molecole fossero usate per attivare e disattivare i geni, non questi pazzi nano palloni da calcio che abbiamo osservato."

Il team ritiene che il processo di raggruppamento sia dovuto a un'ingegnosa strategia della cellula per consentire ai fattori di trascrizione di raggiungere i loro geni bersaglio il più rapidamente possibile.

Il professor Leake ha dichiarato:"Abbiamo scoperto che la dimensione di questi nanopalloni è molto simile agli spazi tra il DNA quando è accartocciato all'interno di una cellula. Poiché il DNA all'interno di un nucleo è davvero schiacciato, si ottengono piccoli spazi tra i filamenti separati di DNA che sono come le maglie di una rete da pesca. La dimensione di questa maglia è molto vicina alla dimensione dei nanopalloni che vediamo.

"Ciò significa che i nanopalloni possono rotolare lungo segmenti di DNA ma poi saltare su un altro segmento vicino. Ciò consente al nanocalcio di trovare il gene specifico che controlla molto più rapidamente che se non fosse possibile il nano-hopping. In altre parole, le cellule possono rispondere il più rapidamente possibile ai segnali dall'esterno, che è un enorme vantaggio nella lotta per la sopravvivenza."

I geni sono fatti di DNA, la cosiddetta molecola della vita. Dalla scoperta che il DNA ha una forma a doppia elica, realizzato negli anni '50 da ricercatori pionieristici della biofisica, si è appreso molto sui fattori di trascrizione che possono controllare l'attivazione o la disattivazione di un gene. Se un gene è attivato, un macchinario molecolare specializzato nella cellula legge il suo codice genetico e lo converte in una singola molecola proteica. Si possono quindi produrre migliaia di diversi tipi di molecole proteiche, e quando interagiscono, ciò può guidare la costruzione di tutte le notevoli strutture che si trovano all'interno delle cellule viventi.

Il processo di controllo di quali geni vengono attivati ​​o disattivati ​​in un determinato momento è fondamentale per tutta la vita. Quando va male, questo può portare a gravi problemi di salute. In particolare, la commutazione disfunzionale dei geni può portare a cellule che crescono e si dividono in modo incontrollato, che alla fine può portare al cancro.

Questa nuova ricerca può aiutare a fornire informazioni sui problemi di salute umana associati a una serie di diversi disturbi genetici. Le fasi successive saranno estendere questa ricerca a tipi di cellule più complicati rispetto al lievito e, infine, a cellule umane.