_ Oamenii de știință identifică rolul proteinelor în exprimarea genelor critice

Fiecare celulă din corpul nostru are nevoie de o sursă de combustibil pentru a crește și a se diviza pentru a ne menține în viață. Majoritatea celulelor preferă o sursă de combustibil de zahăr cu conținut ridicat de energie, dar sunt de multe ori când celulele noastre se găsesc în lipsă și trebuie să găsească alte surse de energie pentru a-și menține funcțiile de bază pentru a rămâne în viață. Pe măsură ce majoritatea organismelor se confruntă cu perioade de sărbătoare și foamete, celulele au evoluat moduri de a răspunde rapid la un mediu nutritiv în schimbare. Laboratorul lui Brian Strahl, Ph.D., președintele interimar al Departamentului de Biochimie și Biofizică UNC de la Școala de Medicină UNC a dezvăluit mai multe detalii despre modul în care celulele fac acest lucru, adunând informații despre modurile de bază în care epigenetica celulară afectează biologia și boala.

Cercetarea, publicată în Genes & Development, are implicații pentru cercetarea cancerului, deoarece explică o parte a paradoxului modului în care celulele pot transcrie gene în absența surselor de energie ridicată, situație care se desfășoară în cancer și a nedumerit cercetătorii de ani de zile.

În cazul în care celulele au cantități mari de energie, organismele produc molecule de mare energie care alimentează creșterea și diviziunea celulelor. De fapt, o proprietate a celulelor canceroase este de a avea acces la cantități mari de zahăr pentru a alimenta creșterea cancerului. În schimb, atunci când celulele rămân fără aceste surse de energie „preferate”, ele vor apela la alte moduri (sau sisteme metabolice) pentru a crea energie pentru a rămâne în viață. Ca și în cazul dietei, celulele vor descompune grăsimile în perioadele de post. Celulele sunt bine echipate pentru a face față unor medii nutritive în schimbare.

„Dar modul în care celulele se adaptează la aceste schimbări și își inițiază programele specializate de exprimare a genelor pentru a gestiona noile locuri de muncă create de celulă sub fluxul de nutrienți este una dintre cele mai importante. mistere în domeniu”, a spus Strahl, autor principal al lucrării și Oliver Smithies Investigator la UNC-Chapel Hill. Pentru a investiga modul în care celulele fac acest lucru, laboratorul lui Strahl a aplicat un sistem de laborator specializat care le-a permis să crească o drojdie naturală într-o cameră în care puteau controla cu precizie sursele de energie disponibile. Făcând acest lucru, au reușit să forțeze drojdia să treacă prin valuri de sărbătoare și de foamete pe care le-ar putea studia cu ușurință. Valurile de sărbătoare și foamete duc la valuri de schimbări metabolice, care le-au permis cercetătorilor să examineze detaliile a ceea ce s-a întâmplat la nivel de genă.

Toate celulele au aceeași informație genetică sau modelul vieții, dar folosesc aceste informații în mod diferit pentru a crea funcții specializate - de exemplu, pentru a crea diferite tipuri de celule sau țesuturi - și chiar pentru a gestiona schimbările aduse mediului, cum ar fi fluxul de energie. Decenii de cercetare au dezvăluit că modul în care diferite gene pot fi activate în cadrul modelului genomic este prin mici adăugiri chimice (sau etichete moleculare) la proteinele numite histone care învelesc ADN-ul nostru. Semnalele chimice sau etichetele ajută la împingerea ADN-ului să se „deschidă” și să pornească o genă sau să „închidă” și să oprească o genă. Cu toate acestea, modul în care modificările disponibile în nutrienții au putut „vorbește” genomului pentru a instrui modificarea expresiei genelor a fost puțin înțeles.

Folosind drojdia ca model, studentul absolvent al laboratorului Strahl, Jibo Zhang, a condus experimente care arată că sub timp de mare energie, un produs secundar din metabolism ajută la creșterea nivelului unei etichete moleculare de pe histone. Acest proces se numește acetilare. Procedând astfel, cercetătorii au descoperit că un domeniu nou identificat într-o proteină care reglează expresia unei gene numite Yaf9 ar putea lega această etichetă și ar putea aduce cu ea o mare parte din mașinile pentru a crea expresia genelor. Cu toate acestea, în perioadele de post, situația a devenit mult diferită. Eticheta de mare energie de pe histone a fost luată pentru a crea energia necesară pentru celule.

Dar Zhang a mai constatat că și recrutarea lui Yaf9 a dispărut. Deși se crede că această pierdere în mod normal oprește genele, Zhang a descoperit că aceste perioade erau de fapt ridicate în enzimele care conduc expresia genelor. Astfel, celulele au găsit o modalitate de a face ca expresia genelor să aibă loc în condiții de nutrienți scăzuti pentru a răspunde nevoii de exprimare a genei fără a avea nevoie de eticheta de histonă cu energie înaltă.

Acest lucru arată că celulele au dezvoltat o modalitate de a se asigura că gena expresia este încă eficientă în orice moment.

„Credem că diferențele unice între tipurile de etichete găsite între cele două stări de nutrienți (mai mare versus scăzută) pot fi de fapt un tip special de semnal care asigură că gena programele de expresie sunt încă eficiente în ambele momente”, a spus Zhang, primul autor al lucrării.

Această lucrare are implicații importante pentru biologia umană normală și boli, cum ar fi cancerul. Este bine cunoscut faptul că celulele canceroase au nevoie de zaharuri cu energie ridicată pentru a-și menține creșterea și diviziunea. O mare parte din creșterea cancerului este determinată metabolic.

Lucrările din laboratorul lui Strahl furnizează noi perspective asupra procesului cum are loc expresia genelor în condiții de energie ridicată, ceea ce poate deschide noi ținte terapeutice și modalități de intervenție pentru a perturba cancerul. creștere.

(Fluierul)

Inapoi