Υπάρχουν περισσότερα στα γονίδια παρά στο DNA

Βιολόγοι στο Ηνωμένο Βασίλειο και την Αυστρία έχουν ανακαλύψει 71 νέα γονίδια που έχουν αποτυπωθεί στο γονιδίωμα του ποντικού.

Οι βιολόγοι στα Πανεπιστήμια του Μπαθ και της Βιέννης ανακάλυψαν 71 νέα γονίδια “αποτυπωμένα” στο γονιδίωμα του ποντικιού, μια ανακάλυψη που τους οδηγεί ένα βήμα πιο κοντά στην αποκάλυψη μερικών από τα μυστήρια της επιγενετικής – ένα πεδίο της επιστήμης που περιγράφει πώς ενεργοποιούνται τα γονίδια ( και εκτός) σε διαφορετικά κύτταρα σε διαφορετικά στάδια ανάπτυξης και εφηβείας.

Για να κατανοήσουμε τη σημασία των αποτυπωμένων γονιδίων στην κληρονομικότητα, πρέπει να κάνουμε πίσω και να ρωτήσουμε πώς λειτουργεί γενικά η κληρονομικότητα. Τα περισσότερα από τα 30 τρισεκατομμύρια κύτταρα στο ανθρώπινο σώμα περιέχουν γονίδια που προέρχονται τόσο από τη μητέρα όσο και από τον πατέρα, με κάθε γονέα να συνεισφέρει ένα αντίγραφο κάθε γονιδίου. Ο μοναδικός συνδυασμός γονιδίων αποτελεί μέρος του τρόπου να γίνει ένα άτομο μοναδικό. Συνήθως κάθε γονίδιο σε ένα ζεύγος είναι ενεργό ή ανενεργό σε ένα συγκεκριμένο κύτταρο. Αυτό δεν ισχύει για τα αποτυπωμένα γονίδια. Αυτά τα γονίδια – που αποτελούν λιγότερο από το ένα τοις εκατό του συνόλου των περισσότερων από 20.000 γονιδίων – τείνουν να είναι πιο ενεργά (μερικές φορές πιο ενεργά) σε ένα γονικό αντίγραφο από ό, τι στο άλλο.

Μέχρι στιγμής, οι ερευνητές γνώριζαν περίπου 130 καλά τεκμηριωμένα γονίδια στο γονιδίωμα του ποντικιού – οι νέες προσθήκες αυξάνουν αυτόν τον αριθμό σε περισσότερα από 200. Ο καθηγητής Tony Berry, ο οποίος ηγήθηκε της έρευνας από το Τμήμα Βιολογίας και Βιοχημείας στο Bath, είπε : «Η αποτύπωση επηρεάζει μια σημαντική οικογένεια γονιδίων, με διαφορετικές επιπτώσεις στην υγεία και τις ασθένειες, έτσι τα πάνω από 70 νέα γονίδια προσθέτουν ένα σημαντικό κομμάτι στο παζλ».

Η σημασία των ιστονών

Η στενή εξέταση των πρόσφατα αναγνωρισμένων γονιδίων επέτρεψε στον καθηγητή Berry και τους συναδέλφους του να κάνουν μια δεύτερη σημαντική ανακάλυψη: η ενεργοποίηση και απενεργοποίηση των αποτυπωμένων γονιδίων δεν συνδέεται πάντα με τη μεθυλίωση του DNA, καθώς οι ομάδες μεθυλίου προστίθενται στο γονιδιωματικό DNA (μια διαδικασία γνωστή για την καταστολή της γονιδιακής δραστηριότητας και απενεργοποίηση). Η μεθυλίωση του DNA είναι ο πρώτος γνωστός τύπος δακτυλικών αποτυπωμάτων και ανακαλύφθηκε πριν από περίπου τριάντα χρόνια. Από τα αποτελέσματα της νέας εργασίας, φαίνεται ότι η μεγαλύτερη συμβολή στη διαδικασία αποτύπωσης γίνεται από ιστόνες – τις δομές που τυλίγονται σε γονιδιωματικό DNA σε χρωμοσώματα.

Ένα φυσιολογικό έμβρυο ποντικιού ηλικίας 4 ημερών (L) και ένα έμβρυο της ίδιας ηλικίας υποβλήθηκαν σε χειρισμό για να περιέχουν μόνο μητρικά χρωμοσώματα (παρθενογόνο). Σε αυτό το στάδιο, τα έμβρυα (βλαστοκύστες) εμφανίζονται παρόμοια, αλλά οι παθογόνοι θα πεθάνουν σύντομα, γεγονός που επιβεβαιώνει τη σημασία της κληρονομιάς των αποτυπωμένων γονιδίων και από τους δύο γονείς. Διαφορετικοί τύποι κυττάρων βάφονται πράσινο ή κόκκινο. Πίστωση: Δρ. Maki Asami, Πανεπιστήμιο Μπαθ

Αν και οι επιστήμονες γνωρίζουν εδώ και αρκετό καιρό ότι οι ιστόνες δρουν ως «dimmer» αλλάζουν σε γονίδια, απενεργοποιώντας τα (ή απενεργοποιώντας τα), μέχρι τώρα η μεθυλίωση του DNA θεωρήθηκε ότι παρέχει το κύριο κλειδί για τη δραστηριότητα των αποτυπωμένων γονιδίων. : αρκετά πρόσφατα αναγνωρισμένα γονίδια βρέθηκαν να συσχετίζονται με αλλοιώσεις στην ιστόνη 3 λυσίνη 27 (H3K27me3) και μόνο μειοψηφία με μεθυλίωση DNA.

Γιατί έχει σημασία η εκτύπωση

Οι επιστήμονες δεν έχουν ακόμη καταλάβει πώς να ενεργοποιήσουν ή να απενεργοποιήσουν ένα γονικό αντίγραφο ενός γονιδίου (ή να το απενεργοποιήσουν) και να το διατηρήσουν έτσι, ενώ το άλλο βρίσκεται στην αντίθετη κατάσταση. Μεγάλο μέρος αυτής της ενεργοποίησης / απενεργοποίησης είναι γνωστό ότι συμβαίνει κατά τη διάρκεια του σχηματισμού γαμετών (σπέρμα και ωάριο), αλλά οι ακριβείς μηχανισμοί παραμένουν ασαφείς. Αυτή η νέα μελέτη επισημαίνει την ενδιαφέρουσα πιθανότητα ότι ορισμένα αποτυπωμένα γονίδια μπορεί να μην επισημαίνονται σε γαμέτες, αλλά να ενεργοποιούνται αργότερα στην ανάπτυξη ή ακόμη και στην ενήλικη ζωή.

Αν και περιλαμβάνει μόνο ένα μικρό ποσοστό γονιδίων, η αποτύπωση είναι σημαντική στη μετέπειτα ζωή. Εάν παρουσιαστεί σφάλμα και το αποτυπωμένο γονίδιο ενός γονέα είναι ενεργοποιημένο όταν πρέπει να απενεργοποιηθεί (ή Αντιθέτως, εμφανίζεται ασθένεια ή θάνατος. Τα αποτυπωμένα γονίδια σχετίζονται με πολλές ασθένειες, συμπεριλαμβανομένων νευρολογικών και μεταβολικών διαταραχών και καρκίνου.

“Μπορούμε να υποτιμήσουμε τη σχέση μεταξύ αποτύπωσης και ασθένειας, καθώς και τη σχέση αποτύπωσης στην κληρονομιά ασθενειών που αποκτήθηκαν από γονείς, όπως η παχυσαρκία”, δήλωσε ο καθηγητής Perry. «Ελπίζουμε ότι αυτή η βελτιωμένη εικόνα της φύσης θα αυξήσει την κατανόησή μας για την ασθένεια».

Αναφορά: «Η γενετική αποτύπωση σε βλαστοκύστες ποντικού συνδέεται κυρίως με το H3K27me3» από τη Laura Santini, Florian Halpreter, Fabian Titz-Tixeira, Toru Suzuki, Maki Asami, Xiaoyan Ma, Julia Ramsmayr, Andreas Lackner, Nick War, Florian Poehler και Simon Heppenmeier Ernst Lau, Matthias Varleck, Christoph Bock, Andreas Beyer, Anthony CF Berry και Martin Lieb, 21 Ιουνίου 2021, Φύση Συνδέσεις.
DOI: 10.1038 / s41467-021-23510-4