_ Tehnica de pionierat dezvăluie un nou strat de genă umană reglare

O tehnică poate determina pentru prima dată cât de frecvent și exact unde are loc un eveniment molecular numit „backtracking” în materialul genetic (genom) oricărei specii, arată un nou studiu.

Publicat online pe 9 februarie în Molecular Cell, rezultatele studiului susțin teoria conform căreia backtracking reprezintă o formă larg răspândită de reglare a genelor, care influențează mii de gene umane, inclusiv multe implicate în procesele de bază ale vieții, cum ar fi diviziunea celulară și dezvoltarea în uter. .

Condusă de cercetătorii de la NYU Grossman School of Medicine, munca se învârte în jurul genelor, întinderi de „litere” moleculare ADN aranjate într-o anumită ordine (secvență) pentru a codifica planurile pentru majoritatea organismelor. Atât la oameni, cât și la bacterii, primul pas în expresia unei gene, transcripția, se desfășoară pe măsură ce o „mașină” proteică numită ARN polimeraza II bifează lanțul ADN, citind instrucțiunile genetice într-o singură direcție.

În 1997, Evgeny Nudler, Ph.D. iar colegii au publicat o lucrare care a arătat că ARN polimeraza poate aluneca uneori înapoi de-a lungul lanțului pe care îl citește, un fenomen pe care l-au numit „backtracking”. Studiile de atunci au arătat că retrocedarea are loc ocazional în celulele vii imediat după ce ARN polimeraza începe sinteza ARN sau când întâlnește ADN deteriorat pentru a face loc pentru enzimele de reparare primite.

Lucrările ulterioare au sugerat că mașinile de retragere și reparare. a trebuit să funcționeze rapid și să se disipeze, sau s-ar putea ciocni cu ADN polimeraza pentru a provoca rupturi în lanțurile ADN care provoacă moartea celulelor.

Acum, un nou studiu condus de echipa lui Nudler de la NYU Langone Health dezvăluie că noua lor tehnică , Secvențierea de scindare pe distanță lungă (LORAX-seq), poate detecta direct unde încep și se termină evenimentele de backtracking. Prin completarea abordărilor anterioare care au fost indirecte sau limitate, noua metodă dezvăluie că multe astfel de evenimente se deplasează înapoi mai mult decât s-a crezut odinioară și, în acest fel, durează mai mult.

Rezultatele sugerează, de asemenea, că retrocedarea persistentă are loc frecvent pe tot parcursul vieții. genoamelor, se întâmplă mai des în apropierea anumitor tipuri de gene și are funcții mult dincolo de repararea ADN-ului.

„Stabilitatea surprinzătoare a întoarcerii la distanțe mai mari face probabil ca aceasta să reprezinte o formă omniprezentă de reglare genetică la speciile din bacterii. la oameni”, spune Nudler, autorul principal al studiului și profesorul Julie Wilson Anderson la Departamentul de Biochimie și Farmacologie Moleculară de la NYU Langone.

„Dacă lucrările ulterioare ne extind descoperirile la diferite programe de dezvoltare și patologice. în condiții, backtracking poate fi asemănătoare cu epigenetica, a cărei descoperire a scos la iveală un nou strat surprinzător de reglare a genelor fără a schimba codul ADN.”

ARN polimeraza II traduce codul ADN într-un material înrudit numit ARN, care apoi direcționează formarea proteinelor. Pentru a face acest lucru, complexul se deplasează în jos pe lanțurile ADN într-o direcție, dar dă înapoi în anumite scenarii. Studiile anterioare au arătat că, pe măsură ce ARN polimeraza II retrocedează, forțează afară (extrude) din canalul său interior vârful lanțului de ARN pe care l-a construit pe baza codului ADN.

Deoarece backtracking prelungit este predispus la provocând coliziuni dăunătoare, se crede că transcripția este restabilită rapid de factorul de transcripție IIS (TFIIS), care promovează tăierea (clivarea) ARN-ului extrudat, „întors”. Acest lucru eliberează calea pentru ca ARN polimeraza II să-și reia citirea codului înainte.

Alte studii anterioare, totuși, au arătat că atunci când polimeraza se întoarce dincolo de o anumită distanță (de exemplu, 20 de blocuri de construcție a ADN-ului nucleobază), ARN-ul se poate atașa de canalul prin care este extrudat, ținându-l pe loc mai mult timp. Complexele blocate, retrocedate sunt mai puțin probabil să fie salvate de clivajul condus de TFIIS și mai probabil să întârzie transcrierea genei implicate.

Aceasta a condus la teoria conform căreia revenirea în urmă, pe lângă faptul că joacă un rol cheie în căile de reparare a ADN-ului, poate modifica sau reduce acțiunea genelor ca mecanism de reglare major.

Potrivit. pentru cercetători, TFIIS apare probabil la concentrații scăzute în celulele vii și concurează cu sute de alte proteine ​​pentru a obține și a elimina ARN-ul retrocedat, astfel încât transcripția să poată continua.

În studiul actual, echipa a folosit în schimb o concentrație mare de TFIIS purificat (fără proteine ​​concurente) pentru a elimina cu precizie orice bucată de ARN inversat oriunde apare în codul genetic al unei celule. Acest lucru a făcut ca fragmentele decupate să fie disponibile tehnologiilor care citesc secvențele de cod și oferă indicii cu privire la locațiile și funcțiile acestora.

Echipa de cercetare a descoperit, de asemenea, că genele care controlează histonele - proteinele „scurcă” pe care le învelesc lanțurile de ADN. în interiorul cromatinei care organizează expresia genelor — sunt foarte predispuși la revenire persistentă.

Autorii teoretizează că gradul în care se întâmplă acest lucru, cu modificări asociate în transcripția anumitor gene, poate controla sincronizarea marilor -acumularea de histonă la scară necesară în timpul diviziunii celulare pentru a reconstrui cromatina. Ei sugerează, de asemenea, că backtracking persistent poate influența transcripția în timp util a genelor vitale pentru dezvoltarea țesuturilor.

„Împreună cu funcțiile sale potențial utile, backtracking persistent ar putea duce, de asemenea, la deteriorarea ADN-ului și alte disfuncționalități genetice care contribuie la boli, „, spune autorul primului studiu Kevin Yang, un student absolvent în laboratorul Dr. Nudler.

„Speculăm că măsurarea retrocedării în contextul îmbătrânirii sau al cancerului, de exemplu, ne poate ajuta să înțelegem de ce apar disfuncționalități. în răspunsul la stres celular și replicarea celulelor și pentru a sugera noi abordări de tratament.”

Împreună cu Yang și Nudler, autorii studiului de la Departamentul de Biochimie și Farmacologie Moleculară de la NYU Langone Health au fost Aviram Rasouly, Vitaly Epshtein , Criseyda Martinez, Thao Nguyen și Ilya Shamovsky. Nudler este, de asemenea, investigator la Institutul Medical Howard Hughes.

(Fluierul)