Proteinet glider supersnabbt längs dna-strängen för att sedan fastna när det hittat rätt ”dna-adress” bland miljontals alternativ.
Upptäckten publiceras i veckans nummer av den ledande vetenskapstidskriften Science. Innan en gen kan ge en cell order om att tillverka ett visst protein – till exempel ett hormon, ett enzym, en antikropp eller en signalsubstans – måste genen själv aktiveras av ett ”reglerprotein”, en så kallad transkriptionsfaktor.
– Det har funnits många idéer om hur en transkriptionsfaktor kan hitta och fästa vid precis rätt ställe på dna-spiralen intill just den gen som ska aktiveras, men det är först nu som vi med avancerad mikroskopi kan visa hur det verkligen går till, säger Johan Elf, forskare vid Institutionen för cell- och molekylärbiologi och ledare för forskargruppen.
Med det nyutvecklade specialmikroskopet är det möjligt att se var i den levande cellen enskilda proteinmolekyler finns med en noggrannhet på en miljondels centimeter. I studien har forskarna specialstuderat hur ett visst reglerprotein i E coli-bakterier på bara några minuter hittar fram till en unik dna-sekvens bland nära fem miljoner alternativa, men felaktiga bindningsställen längs bakteriens dna-spiral.
– Vi kan visa att denna transkriptionsfaktor på mindre än en tusendels sekund scannar av cirka 40 dna-byggstenar, baspar, genom att glida längs dna-strängen. Finns inte rätt dna-sekvens lossnar proteinet från dna-spiralen för att testa nya ställen ända till dess att det når fram till och fäster på platsen intill den gen som ska aktiveras, säger Johan Elf.
Processen fungerar så smidigt och exakt att det räcker med att det finns fem exemplar av just detta styrprotein i bakteriecellen för att rätt gen ska aktiveras inom loppet av en minut.
Med den nya studien bekräftar forskarna en teoretisk modell för hur generna hittas av sina reglerproteiner som Uppsalaforskaren Otto Berg lanserade redan för mer än 30 år sedan.
Johan Elf betonar att studien är ren grundforskning, som hjälper till att öka kunskaperna om hur en central process i alla typer av levande celler fungerar.
– Utvecklingen av nya metoder för mikroskopi och hur man gör bra fysikaliska beskrivningar av det som händer i cellerna kan dock även tillämpas på frågeställningar som är direkt kopplade till att förstå sjukdomsprocesser, säger han.