Μια νέα ανακάλυψη μπορεί να ξαναγράψει τα βιβλία για τη γενετική

Οι ερευνητές ανακάλυψαν μια «χωρική γραμματική» στο DNA Αυτό επαναπροσδιορίζει τον ρόλο των μεταγραφικών παραγόντων στη γονιδιακή ρύθμιση, επηρεάζοντας την κατανόησή μας για τις γενετικές αλλαγές και τις ασθένειες.

Η ανακάλυψη ενός νέου κώδικα μέσα στο DNA, γνωστού ως «χωρική γραμματική», μπορεί να μας βοηθήσει να αποκαλύψουμε το μυστικό πίσω από τον τρόπο με τον οποίο η δραστηριότητα των γονιδίων κωδικοποιείται στο ανθρώπινο γονιδίωμα.

Αυτή η πρωτοποριακή ανακάλυψη, που έγινε από ερευνητές στο Πανεπιστήμιο της Πολιτείας της Ουάσιγκτον και του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια στο Σαν Ντιέγκο, δημοσιεύτηκε στο περιοδικό φύσηΜια πρόσφατη μελέτη αποκάλυψε κρυμμένες χωρικές γραμματικές που βρέθηκαν στο DNA, οι οποίες έχουν υποτεθεί εδώ και καιρό. Αυτή η έρευνα μπορεί να αναδιαμορφώσει την κατανόηση των επιστημόνων για τη γονιδιακή ρύθμιση και πώς οι γενετικές παραλλαγές μπορεί να επηρεάσουν την έκφραση των γονιδίων κατά την ανάπτυξη ή την ασθένεια.

Ανίχνευση εξάρτησης θέσης

Οι παράγοντες μεταγραφής, οι πρωτεΐνες που ελέγχουν ποια γονίδια ενεργοποιούνται ή απενεργοποιούνται στο γονιδίωμα, παίζουν καθοριστικό ρόλο σε αυτόν τον κώδικα. Από καιρό πιστεύεται ότι ενεργεί είτε ως ενεργοποιητές είτε ως καταστολείς της γονιδιακής δραστηριότητας, αυτή η έρευνα δείχνει ότι η λειτουργία των παραγόντων μεταγραφής είναι πιο περίπλοκη.

«Σε αντίθεση με ό,τι θα βρείτε στα σχολικά βιβλία, οι παράγοντες μεταγραφής που δρουν ως πραγματικοί ενεργοποιητές ή καταστολείς είναι εκπληκτικά σπάνιοι», δήλωσε ο Sascha Dutke, επίκουρος καθηγητής στο Washington State University, ο οποίος ηγήθηκε του μεγαλύτερου μέρους της έρευνας στο School of Molecular Biosciences στο το Κολλέγιο Κτηνιατρικής.

Αντίθετα, οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι τα περισσότερα διεγερτικά μπορούν επίσης να λειτουργήσουν ως αναστολείς.

“Αν αφαιρέσετε τον ενεργοποιητή, η υπόθεσή σας είναι ότι χάνετε την ενεργοποίηση”, είπε ο Baylee McDonald, μεταπτυχιακός φοιτητής στο Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον που ήταν μέλος της ερευνητικής ομάδας “Αλλά αυτό ήταν αλήθεια μόνο στο 50% έως 60% των περιπτώσεων , οπότε ξέραμε ότι υπήρχε ένα λάθος».

Ρίχνοντας μια πιο προσεκτική ματιά, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η λειτουργία πολλών μεταγραφικών παραγόντων εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη θέση.

Οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι η απόσταση μεταξύ των παραγόντων μεταγραφής και της θέσης τους σε σχέση με το σημείο όπου ξεκίνησε η μεταγραφή του γονιδίου καθορίζει το επίπεδο της γονιδιακής δραστηριότητας. Για παράδειγμα, οι μεταγραφικοί παράγοντες μπορεί να ενεργοποιούν την έκφραση γονιδίου όταν τοποθετούνται ανάντη ή μπροστά από το σημείο όπου αρχίζει η μεταγραφή ενός γονιδίου, αλλά αναστέλλουν τη δραστηριότητά τους όταν τοποθετούνται κατάντη ή πέρα ​​από τη θέση όπου αρχίζει η μεταγραφή ενός γονιδίου.

«Είναι η απόσταση, ή το «περιβάλλον», που καθορίζει εάν ένας συγκεκριμένος μεταγραφικός παράγοντας δρα ως ενεργοποιητής ή ως καταστολέας», είπε ο Dutke. «Αυτό δείχνει ότι όπως η εκμάθηση μιας νέας γλώσσας, για να μάθουμε πώς κωδικοποιούνται τα πρότυπα έκφρασης γονιδίων στο γονιδίωμά μας, πρέπει να κατανοήσουμε τις λέξεις και τους γραμματικούς κανόνες της».

Επιπτώσεις για τη γενετική έρευνα

Ο Christopher Penner, επίκουρος καθηγητής στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, στο Σαν Ντιέγκο, αναμένει ότι με την ενσωμάτωση των πρόσφατα ανακαλυφθέντων «χωρικών κανόνων», οι επιστήμονες θα μπορέσουν να κατανοήσουν βαθύτερα πώς οι μεταλλάξεις ή οι γενετικές παραλλαγές επηρεάζουν την έκφραση των γονιδίων και συμβάλλουν στην εμφάνιση ασθενειών.

«Οι πιθανές εφαρμογές αυτής της τεχνολογίας είναι τεράστιες, και τουλάχιστον θα αλλάξει τον τρόπο με τον οποίο οι επιστήμονες μελετούν την έκφραση γονιδίων», είπε ο Benner.

Παραπομπή: «Συνάρτηση που εξαρτάται από τη θέση των παραγόντων μεταγραφής που σχετίζονται με την ανθρώπινη ακολουθία» από τους Sascha H. Dutke, Carlos Guzman, Max Zhang, Nathaniel B. delos Santos, Billy R. McDonald, Jia Li Shi, Aaron F. Karlin, Sven Heinz, και Christopher Penner, 17 Ιουλίου 2024. φύση.
doi: 10.1038/s41586-024-07662-z