Как растенията предават генетичните си спомени

Ваня Милева Последна промяна на 30 август 2023 в 00:00 5811 0

<em>Arabidopsis thaliana</em> е растителен вид, широко използван за извършване на фундаментални биологични открития. С помощта на това универсално тестово растение учените от CSHL вече са разкрили тайните на процес, който помага за контролиране на наследя

Кредит Martienssen lab/Cold Spring Harbor Laboratory

Arabidopsis thaliana е растителен вид, широко използван за извършване на фундаментални биологични открития. С помощта на това универсално тестово растение учените от CSHL вече са разкрили тайните на процес, който помага за контролиране на наследяването.

Когато организмите предават своите гени на бъдещите поколения, те включват повечето от кода, записан в ДНК. Някои също така предават химически маркери, които инструктират клетките как да използват този код.

Преминаването на тези маркери към бъдещите поколения е известно като епигенетично наследство. Особено често се среща в растенията.

Така че значителните открития тук могат да имат отражение върху селското стопанство, хранителните доставки и околната среда.

Професорите от Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) и изследователите на Роб Мартиенсен (Rob Martienssen) и Лиймор Джошуа-Тор (Leemor Joshua-Tor) изследват как растенията предават маркерите, които държат транспозоните неактивни. Транспозоните са известни също като скачащи гени. Когато са включени, те могат да се движат и да нарушат други гени. За да ги заглушат и защитят генома, клетките добавят регулаторни маркировки към специфични ДНК места. Този процес се нарича метилиране.

Мартиенсен и Джошуа-Тор сега показват как протеинът DDM1 прави път за ензима, който поставя тези белези върху нови ДНК вериги. Растителните клетки се нуждаят от DDM1, защото тяхната ДНК е плътно опакована. За да запазят своите геноми компактни и подредени, клетките увиват своята ДНК около опаковъчните протеини, наречени хистони.

"Но това блокира достъпа до ДНК за всякакви важни ензими", обяснява Мартиенсен. Преди да може да настъпи метилиране, "трябва да се премахнат или приплъзнат хистоните."

Това видео показва DDM1 (в зелено) по време на клетъчно делене. Тъй като хромозомите се дублират, DDM1 се захваща за хромозомите, за да позволи закрепването на жизненоважни химически маркери. След това, докато клетката се разделя на две, DDM1 излиза и друг протеин, H3.3 (в червено), се свързва с хромозомите, за да предотврати добавянето на излишни маркери.

Мартиенсен и бившият колега от CSHL Ерик Ричардс (Eric Richards) за първи път откриват DDM1 преди 30 години. Оттогава изследователите са научили, че той плъзга ДНК по своите опаковъчни протеини, за да разкрие места, нуждаещи се от метилиране. Мартиенсен оприличава движението на йо-йо, плъзгащо се по връв. Хистоните "могат да се движат нагоре и надолу по ДНК, разкривайки части от ДНК наведнъж, но никога не падат", обяснява той.

Чрез генетични и биохимични експерименти Мартиенсен определя точните хистони, които DDM1 измества. Джошуа-Тор използва криоелектронна микроскопия, за да заснеме подробни изображения на ензима, взаимодействащ с ДНК и свързаните опаковъчни протеини. Те успяха да видят как DDM1 се захваща за определени хистони, за да ремоделира пакетираната ДНК. "Неочаквана връзка, която свързва DDM1 заедно, се оказа, че съответства на първата мутация, открита преди всички тези години", разказва Джошуа-Тор.

Този модел илюстрира за първи път къде и как протеинът DDM1 (в лилаво) се захваща за ДНК (в бежово) по време на клетъчното делене. Кредит: Joshua-Tor lab/Cryo-EM Facility/Cold Spring Harbor Laboratory

Експериментите също така разкриват как афинитетът на DDM1 към определени хистони запазва епигенетичните контроли през поколенията. Екипът показа, че хистон, открит само в цветен прашец, е устойчив на DDM1 и действа като заместител по време на клетъчното делене.

"Той помни къде е бил хистонът по време на развитието на растението и запазва тази памет в следващото поколение", обяснява Мартиенсен.

Растенията може да не са сами тук. Хората също зависят от DDM1-подобни протеини, за да поддържат метилирането на ДНК. Новото откритие може да помогне да се обясни как тези протеини поддържат нашите геноми функционални и непокътнати.

Справка: Chromatin remodeling of histone H3 variants by DDM1 underlies epigenetic inheritance of DNA methylation
Seung Cho Lee et al; Cell 2023; DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2023.08.001 

Източник: How plants pass down genetic memories, CSHL

Най-важното
Всички новини
За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !