Signali koje stanice koriste za uključivanje gena ostali su gotovo nepromijenjeni tijekom dvije milijarde godina evolucije. Oni koji se koriste za isključivanje gena dramatično se razlikuju od jedne grane života do druge, prema novoj studiji Centra za genomsku regulaciju (CRG) u Barceloni (Španjolska).
Nalazi istraživanja, objavljeni u časopisu Nature Genetics, rezultat su najšire komparativne analize do danas o tome kako različiti oblici života reguliraju svoje genome. Studija je provela prvu detaljnu analizu kromatina, proteinske strukture koja kontrolira način čitanja DNK, u nekoliko glavnih grana života koje su do sada uglavnom bile odsutne iz studija.
Ukratko, upute stanice za aktiviranje gena u biti su iste kod čovjeka, morske anemone i amebe u tlu. Upute za utišavanje gena i drugih genomskih elemenata poput transpozona kontinuirano se razvijaju od našeg posljednjeg zajedničkog eukariotskog pretka. Različite grane života razvile su različite molekularne alate kako bi učinile istu stvar.
Istraživanje pomaže objasniti kako su se genomi razvili na Zemlji i moglo bi imati implikacije za medicinska istraživanja bolesti koje uključuju neispravnu regulaciju gena. Također pruža novu metodu, razvijenu u CRG-u, koja može podržati međunarodne napore za karakterizaciju života na Zemlji na molekularnoj razini.
Histioni kao ključ
DNK je omotana unutar svake stanice oko proteina koji se nazivaju histoni. Male kemijske oznake pričvršćene na ove proteine govore stanici koje dijelove DNK treba čitati, a koje ignorirati.
Sustav, poznat kao regulacija kromatina, omogućuje istom genomu proizvodnju stanica jetre ili neurona, ili list ili korijen. Pogreške u regulaciji kromatina temelj su mnogih ljudskih bolesti, uključujući rak.
Kemijske oznake datiraju otprilike dvije milijarde godina unatrag od jednostaničnog organizma poznatog kao posljednji eukariotski zajednički predak (LECA), od kojeg potiče sav složeni stanični život, od kojeg potječe svaka biljka, životinja, gljiva i protist na Zemlji.
Enzimi koji dodaju i uklanjaju oznake također su široko zajednički biljkama, životinjama, gljivama i mikrobnim eukariotima. Međutim, do sada je gotovo svo detaljno znanje o tome kako te oznake funkcioniraju dolazilo od nekolicine laboratorijskih vrsta poput ljudi, miševa, voćnih mušica, kvasca i modelne biljke Arabidopsis. Velika većina raznolikosti života ostala je neistražena na ovoj razini.
Projekt je započeo 2017. godine, kada su istraživači koristili tehniku iChIP za proučavanje kromatina u češljastim meduzama i plakozoanima, životinjama koje tradicionalno nisu proučavane u laboratoriju. Zapitali su se mogu li pristup proširiti za upotrebu na druge vrste u eukariotskom stablu života.
Različiti potpisi
Nova metoda, iChIP2, može označiti kromatin mnogih vrsta jedinstvenim molekularnim barkodovima i pročitati ih sve u jednom eksperimentu. Pomogla je u profiliranju 12 kemijskih oznaka ili modifikacija histona u 12 filogenetski raznolikih vrsta, koje obuhvaćaju amebe, gljive, biljke, alge, jednostanične predatore i životinje. Neki nikada prije nisu imali mapiran kromatin.
Istraživači su otkrili kako je potpis aktivnog gena, obilježen uzorkom histonskih modifikacija grupiranih oko njegovog početka i duž tijela, bio gotovo identičan kod svake vrste koju je tim ispitivao. Potpis utišanog gena nije bio. Različite loze koristile su različite kombinacije modifikacija, u različitim uzorcima, kako bi utišale dijelove DNK.
Kod nekih vrsta, jedna modifikacija utišala je transpozabilne elemente, dok je druga oznaka utišala neiskorištene gene. Kod drugih su se iste modifikacije nagomilale u istim regijama. Kod amebe u tlu, Acanthamoeba, kemijska oznaka koja signalizira aktivaciju gena kod životinja prenamijenjena je za isključivanje gena.
Istraživači sugeriraju kako raznolikost odražava drevni i tekući sukob između genoma i parazitske DNK u njima, poput transpozabilnih elemenata, poznatih i kao “skačući geni”, i endogeniziranih virusa. Svaki genom u sebi nosi dijelove skačućih gena, sekvence koje se kopiraju i lijepe na nova mjesta, ponekad bezopasno, ponekad destruktivno. U ljudskom genomu oni čine otprilike polovicu sve DNK.
Utišavanje skačućih gena pitanje je preživljavanja, ali oni evoluiraju. Njihova parazitska priroda znači kako stječu nove sekvence, ponekad čak i fragmente samog kromatinskog mehanizma kako bi izbjegli otkrivanje.
Tijekom stotina milijuna godina, rezultat je prilagođavanje domaćina i parazita te stablo života na kojem je svaka grana razvila vlastitu strategiju za utišavanje gena. Tim sugerira kako su neke od tih strategija kasnije posuđene u druge svrhe.
[post_publish_update_datetime]
