_ Diferite mijloace pentru același scop: Cum C. elegans își protejează cromozomii

Cercetătorii de la Universitatea din Michigan au descoperit că un vierme folosit în mod obișnuit în studiul biologiei folosește un set de proteine, spre deosebire de cele observate la alte organisme studiate, pentru a-și proteja capetele ADN-ului.

La mamifere, shelterina este un complex de proteine ​​care „adăpostește” capetele cromozomilor noștri de la desfacerea sau fuziunea. Prevenirea fuzionarii cromozomilor este o sarcină importantă: cromozomii poartă ADN-ul corpului nostru. Dacă capetele cromozomilor fuzionează sau dacă se contopesc cu alți cromozomi, celula care găzduiește acești cromozomi moare.

Dar nu toate organismele folosesc aceleași tipuri de proteine ​​pentru a forma shelterin. Viermele C. elegans a fost un model puternic pentru înțelegerea multor tipuri de procese biologice, spune Jayakrishnan Nandakumar, profesor UM de biologie moleculară, celulară și de dezvoltare.

Până de curând, totuși, oamenii de știință nu identificaseră proteine ​​care protejează capetele ADN-ului dublu catenar ale cromozomilor lor, numite telomeri. În 2021, colaboratorul lui Nandakumar, Hiroki Shibuya, și un alt grup au descoperit în mod independent că proteinele din C. elegans, numite TEBP-1 și TEBP-2, protejează capetele telomerice ale viermelui.

Totuși, cercetătorii nu au dezvăluit încă toate a misterelor lui C. elegans shelterin. Proteinele pot avea mai multe părți în ele, fiecare parte îndeplinind o funcție diferită, spune Nandakumar. Aceste părți sunt numite „domenii”, care sunt denumite după funcția pe care o îndeplinesc. Cercetătorii nu erau siguri care domeniu permitea unei molecule de TEBP-1 sau TEBP-2 să se lege de o altă copie a ei însăși și apoi care domeniu leagă proteinele de ADN-ul cromozomilor pentru a ajuta la protejarea acestuia.

Acum, Nandakumar și echipa sa a identificat domeniile specifice din proteinele TEBP-1 și TEBP-2 care le permit să-și îndeplinească funcțiile biologice. Descoperirile lor sunt publicate în Proceedings of the National Academy of Sciences.

„Există mijloace diferite pentru a atinge același scop (se intenționează jocul de cuvinte). Cu alte cuvinte, din cauza concentrării noastre asupra telomerilor de mamifere, avem tendința de a ne părăsi în gândirea că „modul nostru” este modul corect sau singurul mod de a rezolva problemele din celulă”, a spus el. „Cu toate acestea, exemplul C. elegans ne arată că există mai multe moduri de a rezolva problema protecției finale și unele dintre ele ar putea fi destul de diferite de modul în care o fac oamenii. Dar atâta timp cât sunt eficiente, sunt selectate pentru evoluție. „

Nandakumar spune să ne gândim la cromozomi ca la un șiret. Capetele șiretului sunt acoperite cu o carcasă de plastic dur numită aglet, care protejează șiretul de desfășurare. Oamenii – și toate mamiferele – au un anumit set de proteine ​​care sunt componentele primare ale shelterinei, „aglet” al cromozomului.

„Gândiți-vă la aceste proteine ​​ca pe un element de plastic care acoperă capetele cromozomilor. pentru a le proteja de degradare și pentru a le păstra integritatea”, a spus Nandakumar. „În C. elegans, TEBP-1 și TEBP-2 protejează capetele cromozomilor.”

Acum, aceste proteine, atât la mamifere, cât și la C. elegans, au nevoie de o modalitate de a se lega unele de altele și apoi să se lege de cromozom astfel încât să poată acoperi în mod eficient capătul cromozomului. Ei fac acest lucru folosind ceea ce se numește un domeniu de dimerizare, precum și o parte a domeniului de legare a ADN-ului (când două molecule identice de proteine ​​se leagă împreună, cercetătorii spun că „dimerizează”). La mamifere, un domeniu numit „TRFH” dimerizează aceste proteine, iar un alt domeniu numit domeniul „myb” acoperă capetele cromozomului.

Cercetătorii nu identificaseră încă C. elegans TEBP-1 sau TEBP. -2 domenii de dimerizare și de legare a ADN-ului, deoarece ei căutau o proteină în C. elegans care să împărtășească o secvență de aminoacizi similară cu domeniile proteinelor umane - adică, ei căutau un omolog al acelor proteine. Dar nu a fost unul.

În schimb, C. elegans are trei copii ale altceva, ceva care arată similar cu domeniul myb de pe proteinele mamiferelor. Așadar, echipa de cercetare le-a numit „domeniu care conține myb” sau MCD 1, 2 și 3. O singură proteină a TEBP-1 și TEBP-2 include trei segmente: MCD1, MCD2 și MCD3.

Pentru a conecta complexele proteice la telomeri, MCD3 se leagă de ADN-ul cromozomului. Toată această proteină se repetă în jurul întregului capăt lung al cromozomului.

Nandakumar spune că, deoarece puteți efectua biochimie și genetică cu ușurință cu C. elegans, înțelegerea complexelor proteice care îi protejează telomerii îi va ajuta pe cercetători să o folosească ca organism model pentru studierea biologiei telomerilor.

„Protejarea telomerilor ADN-ului tău — fiecare eucariotă trebuie să facă asta, ceea ce înseamnă că un vierme trebuie să-și dea seama cumva. Oamenii trebuie să-și dea seama. Drojdie trebuie să-și dea seama. Este o problemă universală", a spus Nandakumar.

"În general, în evoluție, ați folosi aceeași strategie la diferite specii. Dacă ceva funcționează, dacă aveți o soluție la o problema, de ce să nu o reutilizați? Cred că cel mai bun lucru este că puteți avea mai multe soluții la problemă."

(Fluierul)