Jak začíná zdvojení dědičné informace

Prvním a zásadním krokem při uchovávání dědičné informace a při jejím přenosu z rodičů na potomky je její zdvojení. Základní mechanizmus tohoto zdvojení je znám od objevu struktury molekuly deoxyribonukleové kyseliny (DNA) začátkem padesátých let. Tehdy James Watson a Francis Crick na Cambridgeské univerzitě sestavili model molekuly DNA a ukázali, že dvě okolo sebe obtočená vlákna jsou komplementární: tam, kde v jednom vlákně je písmeno genetické abecedy A, je v druhém vlákně T, tam kde je G, je v druhém vlákně C. Tato vlákna jsou složitým pochodem za pomoci řady proteinů rozplétána a k uvolněným vláknům jsou prostřednictvím enzymů dosyntetizovány komplementární protějšky. Tak z jedné dvouvláknové molekuly DNA vznikají dvě identické dvouvláknové molekuly. Při dělení buňky pak každá z nich přechází do jedné buňky dceřiné.

Mechanizmus zdvojování DNA, neboli její replikace, se studuje v mnoha laboratořích. Studium replikace samé se vcelku daří, méně již se daří definování toho, jak replikace začíná. Mnoho experimentů sice ukazuje, že zdvojování molekuly DNA začíná na zcela určitém jejím úseku, kolik těchto počátků však jednotlivé molekuly DNA mají, jak je buněčné mechanizmy rozeznají a jak je určeno, kdy se DNA má začít zdvojovat, unikalo dosud vysvětlení.

Nyní se již daří i tento pochod postupně objasňovat. V buňkách kvasinky Saccharomyces cerevisieae byl nalezen komplex šesti proteinů, který se váže na úsek DNA zvaný ARS, což je zkratka pro autonomně se replikující sekvence. Jsou charakterizovány tím, že umožňují replikaci malých cirkulárních molekul DNA, jež se za normálních okolností nereplikují. Po vazbě na ARS pokrývá zmíněných šest proteinů větší úsek DNA, než jen ARS. Tento úsek je pak chráněn před atakem degradačními enzymy. Některá místa na „chráněné“ DNA jsou však naopak k působení degradačních enzymů velmi citlivá. Tato citlivá místa obvykle indikují napětí v molekule DNA, které je umožněno právě pevnou a zpravidla kooperativní vazbou specifických proteinů. Můžeme si to představit tak, že proteiny pokryjí úsek DNA, samy vzájemně interagují a tím vázanou DNA ohýbají. Ohyby se dostávají na povrch komplexu, jsou vystaveny útoku enzymů a snadno „praskají“. Snad jsou to právě tato místa, kde replikace DNA začíná.

Nyní nastává období izolace genů kódujících jednotlivé proteiny komplexu. Přitom se ukazuje, že nejméně dva tyto geny byly již dříve izolovány při studiu jiného jevu, a sice tzv. „silencingu“ transkripce. „Silencing“ je útlum přepisu určitého genu. Proteiny podílející se na iniciaci replikace DNA u kvasinky mají tedy buď dvojí funkci (zahajují replikaci a tlumí přepis genů), nebo je útlum přepisu některých genů spojen s iniciací replikace DNA. Je třeba ukázat, zda utlumované geny jsou v blízkosti počátku replikace DNA, nebo zda kódují proteiny, jež udržují počátek replikace nepřístupný k rozevření. Pokud by syntéza těchto genů byla utlumena, DNA by se mohla začít rozplétat, což by měl být nezbytný předpoklad pro zahájení replikace.

Zbývá tedy dost otázek k řešení pro mnoho laboratoří.