La vita inizia con una cellula. Quando un organismo si sviluppa, le cellule in divisione si specializzano per formare la varietà di tessuti e organi che costituiscono il corpo adulto, pur mantenendo lo stesso materiale genetico, contenuto nel nostro DNA. In un processo noto come trascrizione, parti del DNA, i geni, vengono copiate in una molecola messaggera, l'acido ribonucleico (RNA), che trasporta le informazioni necessarie per produrre le proteine, i mattoni della vita. Le parti del nostro DNA che vengono lette e trascritte determinano il destino delle nostre cellule. I lettori del DNA sono proteine ​​dette fattori di trascrizione:si legano a siti specifici del DNA e attivano il processo di trascrizione. Il modo in cui riconoscono a quale posizione sul DNA devono legarsi e come si distinguono da altri siti di legame casuale nel genoma rimane una questione aperta. Gli scienziati del Max Planck Institute of Molecular Cell Biology and Genetics (MPI-CBG) e del Max Planck Institute for the Physics of Complex Systems (MPI-PKS), entrambi con sede a Dresda, dimostrano che migliaia di fattori di trascrizione individuali si uniscono e interagiscono insieme. Bagnano collettivamente la superficie del DNA formando goccioline liquide che possono identificare gruppi di siti di legame sulla superficie del DNA.

La trascrizione, uno dei processi cellulari più fondamentali, è l'azione mediante la quale le informazioni contenute nel DNA vengono trascritte nella molecola messaggera RNA. Questo "messaggio" viene successivamente tradotto in proteine. Decidere quali parti del DNA vengono trascritte in un dato momento è fondamentale per un corretto sviluppo per mantenere la salute di un organismo, perché è probabile che molte malattie si manifestino quando i programmi genetici non vengono eseguiti correttamente. La decisione su quali geni vengono trascritti viene presa da una complessa rete di proteine ​​regolatrici chiamate fattori di trascrizione. Sebbene questi fattori si leghino a brevi sequenze di DNA, è necessario il riconoscimento di gruppi di molte di queste sequenze per attivare i geni vicini.

I gruppi di ricerca di Stephan Grill e Anthony Hyman, entrambi direttori dell'MPI-CBG, e il gruppo di Frank Jülicher, direttore dell'MPI-PKS, hanno indagato nel loro recente studio sulla rivista Nature Physics come i fattori di trascrizione trovano e riconoscono gruppi di molte sequenze di DNA specifiche in cui possono legarsi e portare all'attivazione genica. Per scoprirlo, i ricercatori hanno seguito un approccio interdisciplinare, combinando competenze in biofisica sperimentale e teorica con la biologia cellulare. Jose A. Morin, uno dei primi autori dello studio, spiega:"Abbiamo impiegato pinzette ottiche, una tecnologia che utilizza i laser per isolare e manipolare oggetti molto piccoli come singole molecole di DNA, combinate con la microscopia confocale per osservarli individualmente. Con le pinzette ottiche è possibile catturare una singola molecola di DNA e con la microscopia confocale possiamo osservare i fattori di trascrizione che si legano e formano condensati proteici nelle loro sequenze di DNA preferite.Il fatto di poter studiare questo processo una molecola alla volta ci ha permesso di rilevare le interazioni altrimenti offuscato dalla complessità della cellula vivente." Sina Wittmann, un'altra prima autrice, aggiunge:"Con l'aiuto dei fisici, siamo stati in grado di capire come i fattori di trascrizione comunicano tra loro e si assemblano attraverso il lavoro di squadra. Subiscono quella che viene chiamata una transizione di preumidificazione per formare goccioline simili a liquidi, che sono simili alle gocce su uno specchio nel tuo bagno dopo la doccia. Questi condensati sono pieni di migliaia di fattori di trascrizione. Assemblati in questo modo, i fattori di trascrizione possono ora identificare la regione corretta del DNA leggendo la sequenza del DNA. "

Stephan Grill riassume:"Ora abbiamo una possibile spiegazione meccanicistica per la localizzazione dei fattori di trascrizione lungo il genoma. Questo è essenziale per capire come viene regolata l'espressione genica. Poiché sappiamo che questa regolazione si rompe nelle malattie dello sviluppo e nel cancro, questi nuovi risultati ci danno un quadro più chiaro di come si verificano queste malattie. Questa conoscenza è importante per pensare a nuove opzioni terapeutiche che tengano conto del lavoro di squadra dei fattori di trascrizione".