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DNA wird oft in ihrer strukturell genau definierten Form als
Chromosomen dargestellt, obwohl es nur vor und während der Zellteilung
in dieser Gestalt vorliegt. Meist füllt die DNA den Zellkern als
Chromatin, eine amorphe Masse aus hoch strukturiertem Erbmolekül, mit
dem verschiedene Proteine assoziieren. So wickelt sich die
fadenförmige DNA um Histonproteine und bildet mit diesen größere
Untereinheiten, die Nukleosomen. Swi2/Snf2-Enzyme gehören zu einer
evolutionären Familie von molekularen Maschinen, die Komplexe aus DNA
und Proteinen lösen können. Dies dient meist dazu, die DNA für
zelluläre Prozesse wie die Transkription oder Abschrift, die
Replikation oder Verdopplung, und die Reparatur des Erbmaterials
zugänglich zu machen.
Vor wenigen Jahren erst gelang Hopfner und seinem Team die Bestimmung
der Kristallstruktur der katalytischen Domäne eines Swi2/Snf2-Enzyms,
des eigentlich enzymatisch aktiven Zentrums also. Dabei zeigte sich,
dass Swi2/Snf2-Enzyme unter Energieverbrauch an der so genannten
kleinen Furche, das ist eine Seite der DNA, entlanglaufen. Diese
Aktivität erzeugt vermutlich ein "Drehmoment", das die DNA von den
assoziierten Proteinen trennt.
Die Energie für diesen Vorgang stammt aus der Spaltung des
energiereichen ATP-Moleküls durch die Swi2/Snf2-Enzyme, die damit als
so genannte ATPasen wirken. Unklar war allerdings, wie die durch
Energieumsatz verursachten strukturellen Änderungen aussehen, die
letztlich den Motor antreiben. In der vorliegenden Studie untersuchten
die Forscher deshalb die katalytische Domäne einer Swi2/Snf2-ATPase
mit dem langen Namen "Sulfolobus solfataricus Rad54 homologue", kurz
SsoRad54cd. Zum Einsatz kam dabei unter anderem der so genannte "Fluorescence
resonance energy transfer (FRET)", der relative Abstände zwischen zwei
fluoreszierenden Farbstoffen auf kleinster Skala bestimmen kann. Sind
die Farbstoffe an biologische oder chemische Strukturen gekoppelt,
lässt sich so auf deren Entfernung rückschließen.
"Wir konnten zeigen, dass das Enzym in mindestens zwei Konformationen
vorkommt", so Michaelis. "Nach der Bindung an die DNA geht die offene
Konformation in die geschlossene über. Sobald dann aber ATP gebunden
hat, erfolgt keine Änderung mehr bis das energiereiche Molekül
gespalten ist. Wichtig für die Funktion des Enzyms ist jedoch, dass
dieses zu jedem Zeitpunkt eine hohe Flexibilität aufweist. Dies konnte
in Experimenten an einzelnen Proteinmolekülen direkt beobachtet
werden." Insgesamt deuten die Daten auf ein Vorangehen des Enzyms, das
verschiedene Stufen beinhaltet. Das neu präsentierte Modell kann nun
möglicherweise auch auf andere Swi2/Snf2-Mitglieder übertragen werden.
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