Noi cercetări au arătat că „ADN-ul aleatoriu” este transcris activ în drojdie, dar rămâne în mare parte inactiv în celulele de mamifere, chiar dacă ambele organisme au un strămoș comun și un mecanism molecular. Acest studiu a implicat introducerea unei gene sintetice în ordine inversă în celulele stem de drojdie și șoarece, dezvăluind diferențe semnificative în activitatea transcripțională. Rezultatele indică faptul că, în timp ce celulele de drojdie transcriu aproape toate genele, celulele de mamifer reprimă în mod natural transcripția. Această cercetare nu numai că ne provoacă înțelegerea transcripției genelor între specii, dar are și implicații pentru viitorul ingineriei genetice și descoperirea de noi gene.
Un nou studiu dezvăluie că în ciupercile unicelulare drojdia este „aleatorie”. ADN„Activ în mod natural, în timp ce în celulele de mamifere, acest ADN este oprit ca stare naturală în celulele de mamifere, în ciuda faptului că avea un strămoș comun în urmă cu un miliard de ani și aceeași mașinărie moleculară de bază.
Noua descoperire se învârte în jurul procesului prin care instrucțiunile genetice ale ADN-ului sunt mai întâi convertite într-o substanță înrudită numită… ARN Și apoi la proteinele care alcătuiesc structurile și semnalele corpului. La drojdii, șoareci și oameni, are loc primul pas în exprimarea genelor, transcripția, în care „literele” moleculare ale ADN-ului (nucleobaze) sunt citite într-o singură direcție. În timp ce 80% din genomul uman – întreaga colecție de ADN din celulele noastre – este decodificat efectiv în ARN, mai puțin de 2% din acesta codifică de fapt genele care direcționează construcția proteinelor.
Un mister de lungă durată în genomică este ceea ce realizează toată această transcripție care nu este legată de gene. Este doar zgomot, un efect secundar al evoluției sau are funcții?
O echipă de cercetare de la NYU Langone Health a încercat să răspundă la această întrebare prin crearea unei gene sintetice mari, cu codul său ADN în ordine inversă față de părintele său natural. Apoi au introdus gene sintetice în celulele stem de drojdie și șoarece și au monitorizat nivelurile de transcriere în fiecare. Publicat în revistă natură, Noul studiu dezvăluie că în drojdie sistemul genetic este reglat astfel încât aproape toate genele să fie transcrise continuu, în timp ce în celulele de mamifere aceeași „stare implicită” este dezactivarea transcripției.
Metodologie și rezultate
În mod interesant, spun autorii studiului, ordinea inversă a codului însemna că toate mecanismele care au evoluat în celulele de drojdie și de mamifere pentru a activa sau dezactiva transcripția erau absente, deoarece codul invers era o prostie. Cu toate acestea, ca o imagine în oglindă, codul inversat reflectă unele dintre modelele de bază care apar în codul natural în ceea ce privește cât de des sunt prezente literele ADN, de ce sunt aproape și cât de des sunt repetate. Deoarece codul invers are o lungime de 100.000 de litere moleculare, echipa a descoperit că a inclus aleatoriu multe porțiuni mici de cod necunoscut anterior, care probabil au început transcripția mai frecvent în drojdie și l-au oprit în celulele de mamifere.
„Înțelegerea diferențelor dintre versiunile virtuale Clasifica „Genetica ne va ajuta să înțelegem mai bine ce părți ale codului genetic au funcții și ce sunt accidentele evolutive”, a spus autorul corespondent Jeff Buckey, Ph.D., director al Institutului de Genetică de la NYU Langone Health. „Acest lucru, la rândul său, promite să ghideze ingineria drojdiei pentru a produce noi medicamente, a crea noi terapii genetice sau chiar pentru a ne ajuta să găsim noi gene îngropate în codul masiv.”
Această lucrare conferă pondere teoriei conform căreia starea transcripțională foarte activă a drojdiei este atât de fină încât ADN-ul străin este rar injectat în drojdie, de exemplu de către virus Deoarece se copiază singur, este mai probabil să fie transcris în ARN. Dacă acest ARN construiește o proteină cu o funcție utilă, codul va fi păstrat prin evoluție ca o nouă genă. Spre deosebire de organismul unicelular din drojdie, care își poate permite noi gene riscante care conduc mai repede evoluția, celulele de mamifere, ca parte a corpurilor care conțin milioane de celule cooperante, sunt mai puțin libere să încorporeze ADN nou de fiecare dată când celula întâlnește un virus. Mai multe mecanisme de reglementare protejează codul atent echilibrat așa cum este.
ADN mare
Noul studiu a trebuit să ia în considerare dimensiunea catenelor de ADN, deoarece există 3 miliarde de „litere” în genomul uman, iar unele gene au 2 milioane de litere. În timp ce tehnicile populare permit efectuarea modificărilor literă cu literă, unele sarcini de inginerie sunt mai eficiente dacă cercetătorii construiesc ADN-ul de la zero, făcând modificări de anvergură unor ramuri mari de cod precompilat și înlocuindu-l într-o celulă, mai degrabă decât omologul său natural. Deoarece genele umane sunt atât de complexe, laboratorul lui Bucky a dezvoltat mai întâi abordarea „scrierea genomului” în drojdie, dar a adaptat-o recent la codul genetic al mamiferelor. Autorii studiului folosesc celule de drojdie pentru a asambla secvențe lungi de ADN într-o singură etapă, apoi le livrează în celulele stem embrionare de șoarece.
Pentru studiul actual, echipa de cercetare a abordat problema extinderii transcripționale în evoluție prin introducerea unei întinderi sintetice de 101 kilobaze de ADN proiectat – gena hipoxantin fosforibosiltransferaza 1 (HPRT1) umană în ordine inversă de codare. Ei au observat o activitate larg răspândită a genei în drojdie, în ciuda lipsei de cod aiurea pentru promotori, fragmente de ADN care au evoluat pentru a semnala începutul transcripției.
În plus, echipa a identificat secvențe mici în codul invers, întinderi repetitive de blocuri de construcție a adenozinei și a timinei, despre care se știe că sunt recunoscute de factorii de transcripție, care sunt proteine care se leagă de ADN pentru a iniția transcripția. Astfel de secvențe, care au doar 5 până la 15 litere, pot apărea cu ușurință aleatoriu și pot explica parțial starea implicită foarte activă a drojdiei, au spus autorii.
Dimpotrivă, același simbol inversat, Inserat în genomul celulelor stem embrionare de șoarece, nu a provocat transcripție extinsă. În acest scenariu, transcripția a fost reprimată chiar dacă dinucleotidele CpG avansate, cunoscute pentru a opri genele (tăcere), nu au fost eficiente în codul invers. Echipa consideră că alte elemente esențiale din genomul mamiferelor pot restricționa transcripția mult mai mult decât în drojdie, poate prin recrutarea directă a unui complex proteic (complexul multi-CD) cunoscut pentru tăcere genetică.
„Cu cât ne apropiem mai mult de introducerea „valorii genomului” a ADN-ului fără sens în celulele vii, cu atât mai bine o pot compara cu genomul real, în evoluție”, a spus primul autor Brendan Camillato, un student absolvent în laboratorul lui Buckey. „Acest lucru ne poate conduce la noi frontiere în terapiile celulare proiectate, deoarece capacitatea de a introduce ADN-ul sintetic din ce în ce mai lung permite o mai bună înțelegere a ceea ce vor tolera genomii inserați și, eventual, includerea uneia sau mai multor gene mai mari, complet proiectate. ”
Referință: „Secvențele sintetice inversate relevă stări genomice presupuse” de Brendan R. Camellato, Ran Brosh și Hannah J. Ash și Matthew T. Morano și Jeff D. Bucky, 6 martie 2024, natură.
doi: 10.1038/s41586-024-07128-2
„Mândru pasionat al rețelelor sociale. Savant web fără scuze. Guru al internetului. Pasionat de muzică de-o viață. Specialist în călătorii.”
More Stories
Manșetele nervoase robotizate mici promit o descoperire în îngrijirea neurologică
O descoperire fără precedent de meteorit provoacă modelele astrofizice
Oamenii de știință descoperă o „surpriză” care le schimbă înțelegerea universului