En un artículo en Science , investigadores de la Universidad de Uppsala muestran cómo una proteína de unión al ADN puede buscar en todo el genoma su secuencia objetivo sin detenerse en el camino. El resultado contradice nuestra comprensión actual de la regulación génica:el código genético afecta la frecuencia con la que se unen las proteínas, pero no durante cuánto tiempo.

Durante la vida de un organismo, su genoma cambia muy poco. Lo que cambia, constantemente, son las proteínas que produce la célula en respuesta al daño, los cambios en el medio ambiente o las etapas del ciclo reproductivo. La producción de proteínas está regulada por proteínas de unión al ADN que han desarrollado la capacidad de activar o desactivar diferentes genes. Debido a que el entorno puede cambiar rápidamente, la adaptación rápida es clave. Las proteínas de unión al ADN deben encontrar el código de ADN correcto entre millones de pares de bases, y hacerlo rápido.

Cuando las proteínas de unión al ADN buscan en el código genético su secuencia objetivo, se deslizan a lo largo de la hélice del ADN para acelerar el proceso. Cuando finalmente encuentran el lugar correcto, se quedan allí; la interacción con la secuencia "correcta" evita que se deslicen. Este mecanismo ha sido ampliamente aceptado para describir el proceso de búsqueda. Es una hipótesis atractiva, sí, pero presenta un problema molesto:el código de ADN está lleno de secuencias "casi correctas". Si el tiempo que una proteína reside en un motivo de ADN en particular estuviera determinado por la secuencia, las proteínas de búsqueda permanecerían constantemente en secuencias que se asemejaran a su objetivo.

"Si la explicación del libro de texto fuera correcta, las proteínas de unión al ADN se quedarían atascadas todo el tiempo fuera del objetivo. La regulación de genes sería muy ineficaz, pero sabemos por estudios anteriores que este no es el caso. Nuestra proteína favorita, LacI, encuentra su secuencia objetivo entre 4,6 millones de pares de bases en cuestión de minutos", dice Emil Marklund, uno de los investigadores detrás del descubrimiento.

En un intento por resolver esta paradoja, los investigadores permitieron que la proteína de unión al ADN LacI se deslizara de un lado a otro en miles de secuencias de ADN diferentes montadas en un microchip. Una molécula fluorescente se unió a la proteína LacI y permitió medir qué tan rápido se adhirió LacI a las diferentes secuencias y qué tan rápido se liberó. El resultado fue sorprendente. Contradiciendo suposiciones previas, la secuencia de ADN tuvo poco efecto sobre cuánto tiempo permaneció LacI unido al ADN. Sin embargo, era mucho más probable que el LacI deslizante se sostuviera brevemente cuando la secuencia era similar a la secuencia objetivo. En otras palabras, las proteínas de unión al ADN a menudo también dejan la secuencia que deben regular, pero en el sitio de destino, casi siempre hacen un viaje muy corto antes de encontrar el camino de regreso. En la escala de tiempo macroscópica, esto parece una interacción estable.

"Nuestro resultado, que las proteínas de unión al ADN se unen con frecuencia en lugar de hacerlo de forma prolongada, explica cómo LacI puede deslizarse sobre la secuencia de ADN en busca de su objetivo sin detenerse innecesariamente. LacI regula la absorción de lactosa en las bacterias, pero, por supuesto, es solo un Es probable que los cientos de factores de transcripción diferentes que regulan nuestros propios genes actúen de acuerdo con un principio similar", dice Johan Elf, profesor del Departamento de Biología Celular y Molecular de la Universidad de Uppsala y la infraestructura de investigación nacional SciLifeLab.