Νέα έρευνα ρίχνει φως στον καταμερισμό της εργασίας μεταξύ γενετικών διακοπτών


Καταμερισμός εργασίας μεταξύ γενετικών διακοπτών

Απενεργοποίηση ενός από τα δύο χρωμοσώματα Χ σε θηλυκά βλαστοκύτταρα ποντικού: Το γονίδιο Xist που απενεργοποιεί το Χ παράγει πολλά αντίγραφα RNA (ροζ), μια διαδικασία που καθοδηγείται από μια μικρή περιοχή στο χρωμόσωμα Χ που ονομάζεται Xert (κίτρινο). Ολόκληρο το γονιδίωμα βάφεται μπλε. Πίστωση: MPI f. Molecular Genetics / T. Schwämmle

Τα κύτταρα των θηλυκών θηλαστικών έχουν πρόβλημα δοσολογίας, επειδή έχουν διπλάσια χρωμοσώματα Χ από όσα χρειάζονται στον οργανισμό. Κατά συνέπεια, ένα από αυτά επιλέγεται τυχαία και απενεργοποιείται ήδη κατά την πρώιμη εμβρυϊκή ανάπτυξη. Το γονίδιο Xist ξυπνά και παράγει εκατοντάδες μόρια RNA, περικλείοντας ένα χρωμόσωμα Χ και κάνοντάς το να συρρικνωθεί σε ένα μικρό κομμάτι.


Αλλά πώς ξέρει το κύτταρο να απενεργοποιεί ένα χρωμόσωμα τη δεδομένη στιγμή—αλλά μόνο αν υπάρχουν δύο από αυτά; Μια ερευνητική ομάδα με επικεφαλής την επικεφαλής της ομάδας Lise Meitner Edda Schulz στο Ινστιτούτο Max Planck για τη Μοριακή Γενετική (MPIMG) βρήκε την απάντηση σε αυτό το παζλ δεκαετιών στο στέλεχος του ποντικιού. και δημοσίευσαν τα αποτελέσματά τους στο περιοδικό Molecular Cell.

Ένα νέο γενετικό κύκλωμα

Οι επιστήμονες του Βερολίνου εντόπισαν ένα γενετικό κύκλωμα που λαμβάνει πληροφορίες για το στάδιο ανάπτυξης του κυττάρου και τις μεταβιβάζει στο γονίδιο Xist. «Βρήκαμε τη ρυθμιστική περιοχή που αντιλαμβάνεται εάν το κύτταρο έχει αφήσει την κατάσταση των βλαστοκυττάρων του», λέει η Edda Schulz.

Το νεοανακαλυφθέν , που ονομάζεται “Xert”, είναι μέλος της οικογένειας των ρυθμιστικών ακολουθιών “ενισχυτών”. Δεν είναι σε θέση να ενεργοποιήσει το πρόγραμμα απενεργοποίησης από μόνο του. Το Xist θα ανταποκριθεί στις αναπτυξιακές ενδείξεις μόνο εάν είναι ελεύθερα προσβάσιμο και δεν εμποδίζεται από άλλους παράγοντες, όπως συμβαίνει όταν δύο Χ υπάρχουν στο κύτταρο. Μόνο όταν πληρούνται και οι δύο προϋποθέσεις, ο Xist μπορεί να σιγήσει το «πλεονάζον» χρωμόσωμα Χ.

Τα στοιχεία DNA γύρω από το Xist επεξεργάζονται πληροφορίες από διαφορετικές πηγές, σχεδόν όπως ένας υπολογιστής, λέει ο Schulz: “Ένα κύτταρο έχει προγράμματα που μπορούν να ξεκινήσουν και να σταματήσουν. Αλλά σε αντίθεση με ένα μηχάνημα από καλώδια και πυρίτιο, τα κυκλώματά του αποτελούνται από μόρια που συνδέονται σε το ένα το άλλο ή δημιουργούνται από χημικές αντιδράσεις».

Απόκτηση γνώσης μέσω διαταραχής

«Στόχος μας ήταν να ανιχνεύσουμε τα γενετικά κυκλώματα χωρίς να γνωρίζουμε τα σχηματικά», λέει ο Rutger Gjaltema, επιστήμονας στο εργαστήριο του Schulz και πρώτος συγγραφέας της εργασίας. «Στο τέλος, έχουμε μια αρκετά πλήρη εικόνα του ρυθμιστικού τοπίου του Xist».

Σε ένα αρχικό πείραμα διαλογής, οι επιστήμονες προσδιόρισαν 138 τμήματα DNA στο χρωμόσωμα Χ που φαινόταν να εμπλέκονται στη σηματοδότηση γύρω από το γονίδιο Xist με κάποιο τρόπο. Για κάθε ένα από τα τμήματα, σχεδίασαν ένα απόσπασμα DNA που θα μπορούσε μεμονωμένα να στοχεύει και να αποκλείσει τους πιθανούς διακόπτες γονιδίων. Οι ερευνητές έβαλαν τα αποσπάσματα σε σωματίδια που μοιάζουν με ιούς, μόλυναν κύτταρα με αυτά και παρατήρησαν σε ποιες περιπτώσεις η παραγωγή Xist RNA ήταν ενισχυμένη ή μειωμένη.

«Εντοπίσαμε πολλούς ρυθμιστές Xist που γνωρίζαμε ήδη, κάτι που ήταν καλό σημάδι γιατί επιβεβαίωσε ότι η προσέγγισή μας λειτουργούσε», λέει ο Till Schwämmle, άλλος επιστήμονας στην ομάδα του Schulz και επίσης πρώτος συγγραφέας της εργασίας. «Πιο συναρπαστικό, φυσικά, ήταν ότι μια σειρά από εντελώς άγνωστες ακολουθίες εμφανίστηκαν στις αναλύσεις».

Καταμερισμός εργασίας στο χώρο

Για να διερευνήσουν τη λειτουργία των νέων αλληλουχιών, οι Gjaltema και Schwämmle συνέκριναν τη δραστηριότητά τους σε βλαστοκύτταρα, αναπτυσσόμενα κύτταρα και κύτταρα με δύο ή μόνο ένα χρωμόσωμα Χ. Παρατήρησαν ότι φαίνεται να υπάρχει ένας καταμερισμός της εργασίας μεταξύ των γενετικών διακοπτών και ένας εντυπωσιακός χωρικός διαχωρισμός.

Ο πρώτος διακόπτης βρίσκεται σε άμεση γειτνίαση με το Xist και την αρχική του ακολουθία. Ανατρέπεται μόνο όταν υπάρχει διπλή δόση κωδικοποιημένων ενζύμων που συνδέονται με Χ. Αυτά τα ένζυμα φαίνεται να μεσολαβούν στην αποικοδόμηση παραγόντων που μπλοκάρουν τμήματα κοντά στο Xist. Μόλις υπάρχει αρκετό ένζυμο, το γονίδιο γίνεται προσβάσιμο στα σήματα του ενισχυτή Xert. Ωστόσο, με ένα μόνο χρωμόσωμα Χ, υπάρχει πολύ λίγο από αυτό και το Xist παραμένει αποκλεισμένο και ανίκανο να κάνει τη δουλειά του.

Ο δεύτερος διακόπτης δεν βρίσκεται κοντά στο Xist, εξηγεί ο Schulz: “Παρόμοια με άλλα αναπτυξιακά γονίδια, ο ενισχυτής είναι σχετικά μακριά από το γονίδιο στόχο του. Το DNA πρέπει να λυγίσει σε έναν βρόχο για να έρθει σε επαφή με το γονίδιο”, ο επιστήμονας λέει. Μαζί με την ερευνητική ομάδα του Stefan Mundlos στο MPIMG, η ομάδα της μελέτησε την τρισδιάστατη δομή του DNA γύρω από το γονίδιο Xist. «Δείχνουμε ότι τα σήματα μακριά το ένα από το άλλο στον κλώνο του DNA είναι ενσωματωμένα».

“Τα δύο μονοπάτια σηματοδότησης συνδέονται”, λέει ο Schulz. “Η περιοχή σε κοντινή απόσταση από το Xist οπλίζει τον μηχανισμό, λειτουργώντας σαν διακόπτης on-off. Στη συνέχεια, ο ενισχυτής μπορεί να τραβήξει τη σκανδάλη όταν το κύτταρο έχει αναπτυχθεί αρκετά μακριά.”

Ένα μοντέλο για άλλα αναπτυξιακά γονίδια

Οι νέες ανακαλύψεις παρέχουν ενδείξεις για χρόνια περαιτέρω μελέτης για να αποσαφηνιστεί πλήρως η αδρανοποίηση του χρωμοσώματος Χ, λέει ο Schulz. Ωστόσο, ενώ η διαδικασία που ελέγχεται από τον Xist είναι μοναδική στο ζωικό βασίλειο, οι μηχανισμοί γενετικού ελέγχου δεν είναι. Ο Schulz πιστεύει ότι η ρύθμιση Xist μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την καλύτερη κατανόηση άλλων αναπτυξιακών : “Η απενεργοποίηση X είναι ένα συναρπαστικό σύστημα από μόνη της, αλλά το πιο σημαντικό, είναι ένα πολύτιμο μοντέλο για να κατανοήσουμε καλύτερα τις ρυθμιστικές σχέσεις στο γονιδίωμά μας.”


Το Xist σηματοδοτεί το σημείο: Πώς ένα μόριο RNA αποσιωπά το χρωμόσωμα Χ


Περισσότερες πληροφορίες:
Rutger AF Gjaltema et al, Περιφερικά και εγγύς cis-ρυθμιστικά στοιχεία ανιχνεύουν τη δόση του χρωμοσώματος Χ και την αναπτυξιακή κατάσταση στον τόπο Xist, Molecular Cell (2021). DOI: 10.1016 / j.molcel.2021.11.023

Παρέχεται από
Εταιρεία Μαξ Πλανκ

Παραπομπή: Νέα έρευνα ρίχνει φως στον καταμερισμό της εργασίας μεταξύ γενετικών διακοπτών (2022, 5 Ιανουαρίου) που ανακτήθηκε στις 5 Ιανουαρίου 2022 από https://phys.org/news/2022-01-division-labor-genetic.html

Αυτό το έγγραφο υπόκειται σε πνευματικά δικαιώματα. Εκτός από κάθε δίκαιη συναλλαγή για σκοπούς ιδιωτικής μελέτης ή έρευνας, κανένα μέρος δεν μπορεί να αναπαραχθεί χωρίς τη γραπτή άδεια. Το περιεχόμενο παρέχεται μόνο για ενημερωτικούς σκοπούς.



Source link

By koutsobolis

koutsobolis.com

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *