Tirti fermentai, vadinami DNR metiltransferazėmis, yra vieni iš įrankių, naudojamų įjungti arba išjungti genus. Prijungdamos paprastą atomų grupę – anglies atomą su prie jų prisijungusiais trimis vandenilio atomais (arba metilinę grupę) – prie tam tikrų bazių DNR sekoje, metiltransferazės gali išjungti geną. Metilinimo procesas labai svarbus embriono vystymosi metu, kancerogenezėje ir kituose procesuose, nes nuo jo priklauso geno ekspresija.
Tam, kad metiltransferazės būtų veiksmingos, joms reikalingas metilo grupių šaltinis, o dažniausiai juo būna molekulė, vadinama S-adenozil-L-metioninas (dar vadinamas AdoMet, SAM arba SAMe). Metiltransferazės prisijungia metilo grupes nuo AdoMet ir perneša jas tiesiai prie DNR į labai specifinę grandinės vietą. Šis specifiškumas reiškia, kad fermentai gali būti naudingas įrankis laboratorijoje. Bet S.Klimašauskas bei G.Lukinavičius su kolegomis norėjo fermentams suteikti daugiau lankstumo, kad jie galėtų pernešti ne tik paprastas metilines grupes.
Savo tyrime mokslininkai pademonstravo, kad visiškai neaukojant specifiškumo metiltransferazės iš tikrųjų gali būti panaudotos ir didesnėms cheminėms grupėms pernešti prie didelių DNR molekulių.
Norėdami išbandyti savo metodą mokslininkai susintetino molekules, kurios yra panašios į AdoMet, bet vietoj metilinės grupės jose buvo cheminės grupės su ilgesnėmis anglies grandinėmis. Fermentai sugebėjo prisijungti didesnes grupes ir pernešti jas prie DNR. DNR metiltransferazių šeimai priklauso fermentai, sugebantys atpažinti daugiau nei 200 skirtingų DNR sekų, todėl šis mokslinis darbas suteiks gerokai daugiau galimybių eksperimentuoti su DNR.
Norėdami pademonstruoti metodo potencialą keisti DNR funkciją, mokslininkai modifikavo DNR tokioje pozicijoje, kuri blokavo kito fermento sugebėjimą prisijungti molekulę tam tikroje gamtos numatytoje vietoje. „Niekas iki šiol rimtai nesusimąstė apie tokias pritaikymo galimybes, nes niekas nemanė, kad tai yra įmanoma“, - sakė S.Klimašauskas. Jis prognozuoja, kad DNR metiltransferazės taps tokiu standartiniu laboratoriniu įrankiu, kaip dabar yra restrikcijos endonukleazės.
Ankstesni tyrimai vertė manyti, kad cheminių grupių, didesnių už metilinę, pernaša neturėtų būti įmanoma, iš dalies dėl to, kad AdoMet metilinės grupės keitimas kitomis grupėmis mažino junginio cheminį aktyvumą. Siekiant susidoroti su šia problema pastarojo mokslinio darbo autoriai pasiskolino minčių iš organinės chemijos vadovėlių ir stabilizavo pernašą dvigubais bei trigubais angies atomo ryšiais.
„Paaiškėjo, kad mūsų pirmasis spėjimas – dvigubi arba trigubi anglies atomo ryšiai greta pernešamos grupės – padėjo išspręsti problemas, kurios neleido panašios reakcijos atlikti ankstesniuose tyrimuose“, - sakė S.Klimašauskas. Jis cheminę reakciją palygino su mechanine spyruokle, paaiškindamas, kad AdoMet cheminės energijos pakanka nedidelei metilinei grupei pernešti į kokį nors junginį. Bet didesnio junginio pernešimui reikalinga pagalbinė „spyruoklė“, kuri užtikrintų, kad pernešama grupė pasieks tikslą. Taigi, mokslininko teigimu, „cheminis mąstymas“ padėjo sėkmingai atlikti problemų kėlusią reakciją.
„Pademonstruodami 4-5 anglies atomų ilgio grandinių pernašą mes pateikėme įrodymą, kad tolesnis pernešamų grandinių ilginimas iš esmės taip pat turėtų būti įmanomas“, - sakė S.Klimašauskas.
Mokslininkai išsiaiškino, kad dėl savo specifinės prigimties, priklausančios nuo amino rūgščių sekos, metiltransferazės pasižymi aiškiu pranašumu, lyginant su įprastais DNR žymėjimo metodais bei kitais biopolimerais. „Mūsų pasiūlytas būdas suteikia galimybę žymėti didelės natūralias DNR molekules specifiniuose vidiniuose ar galiniuose fragmentuose“, - paaiškino S.Klimašauskas.
Nors potencialių metodo panaudojimo sričių yra daugybė, mokslininkai dabar planuoja susintetinti naujų AdoMet analogų ir išplėsti cheminių grupių, kurias gali pernešti DNR metiltransferazės, rinkinį. S.Klimašauskas su kolegomis dabar stengiasi prie pailgintų grandinių prijungti naudingas funkcines grupes. Pavyzdžiui, mokslininkai ląstelinius komponentus dažnai žymi molekule, vadinama biotinu, nes ji tvirtai jungiasi prie kitos molekulės, streptavidino, todėl streptavidiną galima panaudoti siekiant išskirti dominančias molekules. Jei prie AdoMet analogo galima būtų prijungti biotiną, tai, pasak S.Klimašausko, tokį junginį būtų galima panaudoti kaip molekulinį kablį, kuriuo būtų išžvejojamos visos molekulės, kurios paprastai ląstelėje būna metilinamos. „Dabar nėra jokio palyginamo būdo bendrai metilinamų ląstelės taikinių analizei“, - sakė S.Klimašauskas.
DNR – ne vienintelės molekulės, kurios natūraliai metilinamos ląstelėje – tokiame procese taip pat gali dalyvauti ir RNR bei baltymai, o šias reakcijas atliekantys fermentai taip pat priklausomi nuo savo metilo grupių šaltinio – AdoMet. Kadangi chemija visur yra vienoda, labai tikėtina, kad šis metodas gali būti pritaikomas ir toms biomolekulėms, o tai dar labiau padidintų metodo naudingumą. S.Klimašauskas sakė, kad vienas iš potencialių išradimo panaudojimų – įvairių ribosomų (RNR pagrindo baltymų gamybos grandinių) zonų žymėjimas fluoroforais naudojant atitinkamas metiltransferazes, o tai suteiktų galimybę tirti sudėtingo baltymų transliacijos proceso eigą realiu laiku.
