Białko TCF4 jest jednym z kluczowych czynników transkrypcyjnych, czyli białek regulujących ekspresję genów. TCF4 odgrywa fundamentalną rolę w trakcie rozwoju układu nerwowego, mięśni, serca i układu krwiotwórczego. Mutacje w genie kodującym białko TCF4 powiązane są z zaburzeniami neurorozwojowymi, np. zespołem Pitta-Hopkinsa, schizofrenią czy autyzmem. Mimo ogromnego znaczenia biologicznego, właściwości TCF4 były dotąd słabo poznane, ponieważ badano jedynie jego niewielki fragment odpowiedzialny za wiązanie DNAposiadający stabilną strukturę przestrzenną, czyli tzw. domenę bHLH (ang. basic helix-loop-helix).

W najnowszych badaniach przeprowadzonych ze współpracownikami z Politechniki Wrocławskiej i Instytutu Biochemii i Biofizyki PAN, przedstawionych w pracy opublikowanej w Cell Communication and Signaling 23 (2025), po raz pierwszy uzyskaliśmy pełny obraz właściwości całej cząsteczki TCF4. Okazało się, że – poza domeną bHLH – pozostała część łańcucha białkowego pozbawiona jest regularnej struktury przestrzennej, tworząc tzw. białko nieuporządkowane (ang. intrinsically disordered protein, IDP). TCF4 funkcjonuje więc jak „kotwica molekularna”: stabilna domena bHLH zakotwicza białko przy sekwencji odpowiednich genów, a pozostała część cząsteczki, dzięki swej elastyczności, może swobodnie oddziaływać z różnymi partnerami molekularnymi w komórce. TCF4 jest jednym z największych białek strukturalnie nieuporządkowanych, jakie kiedykolwiek zbadano – to drugi największy opisany dotąd przykład takiego biopolimeru.

Dzięki zastosowaniu zaawansowanych technik biofizycznych – takich jak spektrometria mas z wymianą wodoru na deuter, ultrawirowanie analityczne czy spektroskopia dichroizmu kołowego – zaobserwowaliśmy, że TCF4 zawsze występuje w postaci dimeru. Co ważne, nawet po związaniu z DNA białko zachowuje swój elastyczny, nieuporządkowany charakter, stabilizując wyłącznie strukturę domeny bHLH. Oznacza to, że oddziaływanie z DNA wpływa na dynamikę tylko wybranych fragmentów białka, co może mieć znaczenie dla dalszych etapów regulacji ekspresji genów.

Szczególnie interesującym elementem badań było zastosowanie spektroskopii korelacji fluorescencji – techniki pozwalającej „podglądać” pojedyncze cząsteczki pływające w roztworze i śledzić ich zachowanie. Dzięki temu zmierzyliśmy, jak długo cząsteczki fluorescencyjnie znakowanego DNA poruszają się w mikroskopijnej objętości rzędu jednego femtolitra (jednej biliardowej części litra) w obecności TCF4. Na podstawie czasów dyfuzji wyznaczyliśmy intensywność ich wzajemnego oddziaływania, prowadzącego do ich stabilnego połączenia. Nasze wyniki pokazały, że TCF4 wiąże się z DNA bardzo efektywnie (ze stałą dysocjacji w zakresie setnych części mikromola), mimo że większość jego łańcucha nadal pozostaje w stanie chaotycznym.

Nasze obserwacje wskazują, że białko TCF4 działa jak elastyczny „węzeł” integrujący wiele sygnałów komórkowych i regulujący aktywność licznych genów. Wyniki naszych badań pozwolą na głębsze zrozumienie, dlaczego jego mutacje prowadzą do tak szerokiego spektrum zaburzeń neurologicznych i mogą przyczynić się do stworzenia lepszych metod leczenia.