Una collaborazione tra il Lens, il Laboratorio Europeo per la Spettroscopia non Lineare dell’Università di Firenze, e la Rice University (Houston, Texas) svela il mistero delle dinamiche strutturali di un sistema di regolazione genetica fondamentale, il repressore del lattosio, e delle sue interazioni con il Dna. Lo studio è stato pubblicato oggi su Pnas - Proceedings of the National Academy of Science (“Tetramer opening in LacI-mediated Dna looping”). La ricerca – condotta dal gruppo di Biofisica del Lens guidato da Francesco Pavone, ordinario di Fisica della Materia, e in parallelo nel laboratorio di Kathleen Matthews alla Rice University - ha unito gli approcci biochimici e biofisici.
“Anche semplici cellule come i batteri utilizzano complesse reti di regolazione dell’espressione genica, in modo da attivare solo la produzione di quelle proteine che sono utili nelle condizioni ambientali in cui la cellula si trova. Il repressore del lattosio è uno degli esempi paradigmatici di regolazione genica il cui studio ha fornito elementi generali per la comprensione di meccanismi regolativi presenti anche in organismi superiori – ha commentato Francesco Vanzi, ricercatore a tempo determinato nel gruppo di Pavone, e che ha contribuito in maniera fondamentale alle ricerche –.
Grazie alle tecniche di singola molecola è stato possibile bloccare la proteina in una determinata conformazione e verificare le dinamiche del suo legarsi al Dna (looping). In particolare si è potuto scoprire che, nella formazione di tali complessi, sono fondamentali strutture ben diverse da quella ottenuta mediante cristallografia a raggi x oltre dieci anni fa”. Il repressore del lattosio, infatti, è una proteina che, in assenza di lattosio, si lega al Dna e reprime l’espressione di proteine che metabolizzano il lattosio stesso.
Solo quando questo zucchero diventa abbondante, il repressore si dissocia dal Dna e permette l’espressione di tutti geni coinvolti nel metabolismo. Negli ultimi anni molti aspetti del funzionamento del repressore sono stati chiariti, a partire dalla struttura atomica: le cinetiche di interazione con il Dna e il fatto che una molecola di repressore (costituita da due dimeri che fungono da braccia capaci di legare, ciascuna, un sito sul Dna) può legare due siti sul Dna formando su quest’ultimo una struttura ad anello (loop) che ha un ruolo importante nei meccanismi di regolazione.
