Ο Στυλιανός Λουκά κέρδισε το βραβείο Science & SciLifeLab για νέους επιστήμονες | Biology.gr

Γονιδιακή ρύθμιση με… χρονοδιακόπτη!

Ο ρυθμικός συντονισμός της χρονοεξαρτώμενης γονιδιακής ρύθμισης 

   Τα κύτταρα δεν είναι ποτέ στατικά. Ακόμα και στο πιο ευνοϊκό περιβάλλον διατηρούν διαρκώς σε λειτουργία μηχανισμούς που τους επιτρέπουν να παραμένουν σε κατάσταση ισορροπίας. Ένας από τους μηχανισμούς αυτούς αφορά και τη ρύθμιση της έκφρασης των γονιδίων. Τα γονίδια κωδικοποιούν πρωτεΐνες οι οποίες με τη σειρά τους εμπλέκονται σε πληθώρα λειτουργιών του οργανισμού. Όμως είναι σαφές Lambda_repressor_1LMB_3ότι δεν παράγονται όλες οι πρωτεΐνες από όλα τα κύτταρα με τον ίδιο ρυθμό και στα ίδια επίπεδα καθώς κάτι τέτοιο αφ’ ενός δε θα «συνέφερε» το κύτταρο, αφ’ ετέρου δε συνάδει με τη λογική της διαφοροποίησης των κυττάρων ενός οργανισμού προκειμένου να εκτελούν διαφορετικές λειτουργίες. Το πρώτο βήμα για τη μετατροπή των γονιδίων σε πρωτεΐνες είναι η μετατροπή του DNA σε mRNA, ή αλλιώς μεταγραφή. Η μεταγραφή των γονιδίων ελέγχεται –μεταξύ άλλων- από τους μεταγραφικούς παράγοντες, ειδικές πρωτεΐνες οι οποίες προσδένονται στο DNA και επάγουν την έναρξη της μεταγραφής.

   Επιστήμονες από το Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνιας (Caltech) σε πρόσφατη έρευνά τους που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature, στις 21 Οκτωβρίου 2015, προτείνουν ότι:

Tο κύτταρο ελέγχει την έκφραση των γονιδίων του ενεργοποιώντας και απενεργοποιώντας μεταγραφικούς παράγοντες μέσω μη προβλέψιμων, διακοπτόμενων παλμών. Οι παλμοί αυτοί μπορούν να επιτρέπουν σε δύο μεταγραφικούς παράγοντες να αλληλεπιδρούν «ρυθμικά» με τέτοιο τρόπο ώστε να επιτρέπουν τη μεταγραφή ενός γονιδίου.

Οι ρυθμικές αυτές αλληλεπιδράσεις παίζουν καθοριστικό ρόλο στις βασικές διεργασίες που διέπουν τη ζωή σε όλα τα βασίλεια των οργανισμών. Οι ερευνητές δείχνουν ότι αν χαθεί αυτός ο ρυθμικός συντονισμός καταστέλλεται και η μεταγραφή των γονιδίων.

  «Ο τρόπος  με τον οποίο συγχρονίζεται η δράση των μεταγραφικών παραγόντων πρέπει να παίζει σημαντικό ρόλο επιτρέποντας στο κύτταρο να επεξεργάζεται τις πληροφορίες, να επικοινωνεί με άλλα κύτταρα και να αποκρίνεται στο στρες» λέει ένας από τους συγγραφείς του άρθρου, ο Michael Elowitz, καθηγητής Βιολογίας και Βιο-μηχανικής και ερευνητής στο Howard Hughes Medical Institute. Η συγκεκριμένη έρευνα οργανώθηκε από τον μεταδιδακτορικό ερευνητή Yihan Lin και είχε στόχο να διερευνήσει αν η χρονο-ειδική ενεργοποίηση των μεταγραφικών παραγόντων οδηγεί σε ένα νέο είδος χρονο-εξαρτώμενης μεταγραφικής ρύθμισης. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποίησαν μεθόδους μικροσκοπίας ζωντανών κυττάρων (time-lapse imaging) για να παρατηρήσουν τη δράση συγκεκριμένων μεταγραφικών παραγόντων, σε πραγματικό χρόνο σε κύτταρα ζύμης.

   Η ομάδα σήμανε δύο κύριους μεταγραφικούς παράγοντες –τους Msn2 και Mig1- με πράσινη και κόκκινη φθορίζουσα πρωτεΐνη αντίστοιχα. Όταν οι μεταγραφικοί παράγοντες είναι ενεργοποιημένοι μεταφέρονται στον πυρήνα και επηρεάζουν την έναρξη της μεταγραφής. Η μετακίνηση αυτή των μεταγραφικών παραγόντων στον πυρήνα γίνεται ορατή λόγω του φθορισμού των πρωτεϊνών. Η επιλογή των χρωμάτων με τα οποία σημάνθηκαν οι παραπάνω μεταγραφικοί παράγοντες ήταν συμβολική καθώς ο Msn2 –που σημάνθηκε με πράσινο- λειτουργεί ως ενεργοποιητής ενώ ο Mig1 –που σημάνθηκε με κόκκινο- λειτουργεί ως καταστολέας.

   Στη συνέχεια οι ερευνητές θέλησαν να εξετάσουν την επίδραση του στρες στη δράση των 2 αυτών παραγόντων. Όταν αύξησαν τη θερμοκρασία ή στέρησαν την τροφή προκειμένου να προκαλέσουν στρες στα κύτταρα της ζύμης, είδαν ότι η ενεργοποίηση των  Msn2 και Mig1 άλλαξε ρυθμό, εξαρτώμενη όμως η μία από την άλλη. Παρατήρησαν επίσης την ύπαρξη χρονικών περιόδων κατά τις οποίες οι ενεργοποίηση των δύο παραγόντων συνέπιπτε, ανάλογα και με το στρεσογόνο ερέθισμα. Γενικά όταν οι δύο μεταγραφικοί παράγοντες συγχρονίζονται ο καταστολέας δεν επιτρέπει στον ενεργοποιητή να ενεργοποιήσει τη μεταγραφή. «Είναι σαν να προσπαθείς να πατήσεις το γκάζι και το φρένο ταυτόχρονα» σχολιάζει ο Elowitz. Όταν όμως οι δύο μεταγραφικοί παράγοντες δεν συγχρονίζονται και είναι ενεργός μόνο ο Msn2, ευνοείται η έναρξη της μεταγραφής και αυξάνονται τα επίπεδα έκφρασης των γονιδίων. Έτσι το κύτταρο της ζύμης, όταν βρίσκεται υπό συνθήκες στρες, μπορεί να προσαρμόζει τα επίπεδα συγκεκριμένων πρωτεϊνών ρυθμίζοντας την ενεργοποίηση των μεταγραφικών παραγόντων.

 Από τη συνδυαστική ρύθμιση ....

....στη συντονισμένη  χρονοεξαρτώμενη γονιδιακή ρύθμιση 

Μέχρι σήμερα η επιστημονική κοινότητα πίστευε ότι καθοριστικό ρόλο για τη ρύθμιση της μεταγραφής παίζει η συγκέντρωση των διαφορετικών μεταγραφικών παραγόντων στον πυρήνα –φαινόμενο γνωστό και ως συνδυαστική ρύθμιση. Τώρα τα νέα δεδομένα προτείνουν ότι εξίσου σημαντικό ρόλο στη μεταγραφική ρύθμιση παίζει και η χρονική ενεργοποίηση των μεταγραφικών παραγόντων καθώς και ο συγχρονισμός μεταξύ τους. «Τα περισσότερα γονίδια στο κύτταρο ρυθμίζονται από πολλούς μεταγραφικούς παράγοντες σε διαφορετικούς συνδυασμούς μεταξύ τους, σαν κομμάτια ενός πολύπλοκου δικτύου» λέει ο Long Cai, Επίκουρος καθηγητής χημείας στο Caltech και ένας από τους συγγραφείς της μελέτης και συνεχίζει τονίζοντας «αυτό που εμείς είδαμε είναι ένας νέος τρόπος ρύθμισης που ελέγχει τη χρονική ενεργοποίηση των μεταγραφικών παραγόντων και μπορεί να φανεί χρήσιμο στην κατανόηση της συνδυαστικής ρύθμισης των γενετικών δικτύων».

350px-RSSE2007_ImperialCollege_SyntheticBiology_Prism

   «Φαίνεται να υπάρχει ένας ολόκληρος μηχανισμός χρονο-εξαρτώμενης ενεργοποίησης στο κύτταρο, ο οποίος δεν έχει μέχρι σήμερα διερευνηθεί, καθώς αυτό απαιτεί την συνεχή παρακολούθηση των κυττάρων –ένα προς ένα- όσο είναι ζωντανά. Στόχος μας είναι να μάθουμε περισσότερα για αυτόν τον νέο μηχανισμό χρονο-εξαρτώμενης μεταγραφικής ρύθμισης» σχολιάζει ο Lin. Στο μέλλον οι ερευνητές θέλουν να μελετήσουν πόσο επικρατής είναι η μεταγραφική αυτή ρύθμιση στους διάφορους τύπους κυττάρων καθώς και να εξετάσουν την εμπλοκή της στα συστήματα ρύθμισης της γονιδιακής έκφρασης. Στόχος της Συνθετικής Βιολογίας στο απώτερο μέλλον είναι να αναπτυχθούν μέθοδοι ελέγχου της χρονο-εξαρτώμενης ρύθμισης που να μπορούν να αξιοποιηθούν για τον προγραμματισμό διάφορων κυτταρικών συμπεριφορών.

Print Friendly, PDF & Email
ΚΟΙΝΟΠΟΙΗΣΗ

Αφήστε ένα σχόλιο

two × three =

Εγγραφείτε στο Newsletter μας!

Μείνετε ενήμεροι για νέα και άρθρα μας.

Χρησιμοποιούμε cookies για να σας προσφέρουμε καλύτερη εμπειρία στο διαδίκτυο. Συμφωνώντας, αποδέχεστε τη χρήση των cookies σύμφωνα με την Πολιτική Cookies.

Privacy Settings saved!
Ρυθμίσεις Απορρήτου

Όταν επισκέπτεστε μία ιστοσελίδα, μπορεί να λάβει κάποιες βασικές πληροφορίες από τον browser σας, κατά βάση υπό τη μορφή cookies. Εδώ μπορείτε να ρυθμίσετε τη συγκατάθεσή σας σε όλα αυτά.

Αυτά τα cookies είναι απαραίτητα για να λειτουργήσει ο ιστότοπος και δεν μπορεί να απενεργοποιηθεί στα συστήματά μας.

Χρησιμοποιούμε το WooCommerce ως σύστημα αγορών. Για επεξεργασία καλαθιού και παραγγελίας θα αποθηκευτούν 2 cookies. Αυτά τα cookies είναι απολύτως απαραίτητα και δεν μπορούν να απενεργοποιηθούν.
  • woocommerce_cart_hash
  • woocommerce_items_in_cart

Για τη χρήση αυτού του ιστότοπου χρησιμοποιούμε τα παρακάτω cookies που απαιτούνται από τεχνική άποψη
  • wordpress_test_cookie
  • wordpress_logged_in_
  • wordpress_sec

Χρησιμοποιούμε το WooCommerce ως σύστημα αγορών. Για επεξεργασία καλαθιού και παραγγελίας θα αποθηκευτούν 2 cookies. Αυτά τα cookies είναι απολύτως απαραίτητα και δεν μπορούν να απενεργοποιηθούν.
  • woocommerce_cart_hash
  • woocommerce_items_in_cart

Απορρίψη όλων των υπηρεσιών
Δέχομαι όλες τις υπηρεσίες