Οι ερευνητές δείχνουν ότι η φύση διατηρεί το πιο ζωτικό της DNA με πολλαπλές εργασίες
*Newswise -Boston, MA -MAY 14, 2018 ** - Μια νέα μελέτη από την Ιατρική Σχολή του Χάρβαρντ βοηθά να εξηγήσει ένα διαρκές μυστήριο της ανθρώπινης γενετικής. Ορισμένα μέρη του DNA μας κωδικοποιούν κρίσιμες οδηγίες που είναι απαραίτητες για τη ζωή. Αυτές οι αλληλουχίες τείνουν να επαναλαμβάνονται σε όλο το γονιδίωμα μας, το οποίο βοηθά στη διασφάλιση των καταστροφών μεταλλάξεων. Αλλά μια άλλη σημαντική κατηγορία βασικών γονιδίων, εκείνες που κωδικοποιούν πρωτεΐνες που ελέγχουν πότε και όπου άλλα γονίδια είναι ενεργοποιημένα ή απενεργοποιημένα, έχουν αποδειχθεί από καιρό αινιγματική στους επιστήμονες. Αυτές οι ρυθμιστικές αλληλουχίες βρίσκονται γενικά μόνο μία φορά στο γονιδίωμα, ωστόσο οι μεταλλάξεις που μεταβάλλουν τη λειτουργία τους μπορούν να προκαλέσουν ασθένεια ή ακόμα και θάνατο.
Τώρα, οι ερευνητές δείχνουν στο τεύχος της 14ης Μαΐου του περιοδικού Cell, ότι η φύση έχει εξελίξει έναν δημιουργικό τρόπο διασφάλισης αυτών των κρίσιμων γονιδίων. Προσδιόρισαν γονιδιωματικές περιοχές που περιέχουν πολλαπλά ξεχωριστά ρυθμιστικά στοιχεία, το καθένα απαραίτητα για την εμβρυϊκή ανάπτυξη, συσκευασμένα σφιχτά μαζί σε μία μόνο ρυθμιστική μονάδα.
"Φαίνεται ότι η φύση έχει επιλέξει να βάλει πολλαπλά ρυθμιστικά στοιχεία σε μια θέση και να βασιστεί στη φυσική δομή του χρωμοσώματος για να τα προστατεύσει ως μονάδα", δήλωσε ο Eric Heard, καθηγητής της γενετικής HMS και ανώτερος συγγραφέας της μελέτης.
Η ομάδα του Heard επικεντρώθηκε σε μια περιοχή του ανθρώπινου χρωμοσώματος 1 που περιέχει πολυάριθμα ρυθμιστικά στοιχεία, απαραίτητα για τη ζωή, ελέγχοντας τη δραστηριότητα του συμπλέγματος γονιδίων Hoxd. Τα γονίδια HOXD είναι γνωστό ότι είναι κρίσιμοι ρυθμιστές της εμβρυϊκής ανάπτυξης, ελέγχοντας τον τρόπο με τον οποίο σχηματίζεται το έμβρυο κατά μήκος του άξονα μπροστά-πίσω.
Η ομάδα χρησιμοποίησε μια ποικιλία τεχνικών για να δείξει ότι η περιοχή που περιέχει τα ρυθμιστικά στοιχεία HOXD σχηματίζει έναν φυσικό βρόχο στο χρωμόσωμα. Αυτή η δομή βρόχου συγκεντρώνει ξεχωριστά ρυθμιστικά στοιχεία και τους επιτρέπει να συνεργάζονται για να ελέγξουν τη δραστηριότητα των γονιδίων HOXD.
Οι ερευνητές δημιούργησαν επίσης ποντίκια με μεταλλάξεις στην αλληλουχία DNA μέσα σε αυτόν τον ρυθμιστικό βρόχο. Διαπίστωσαν ότι μερικές από αυτές τις μεταλλάξεις, στα ρυθμιστικά στοιχεία που ελέγχουν το HOXD, ήταν ασυμβίβαστα με τη ζωή. Άλλες μεταλλάξεις, μακρύτερα από τα γονίδια Hoxd αλλά μέσα στον βρόχο, μείωσαν τη δραστηριότητα Hoxd ή προκάλεσαν άλλα σοβαρά αναπτυξιακά προβλήματα.
Η δομή αυτού του ρυθμιστικού βρόχου παρέχει μια εξήγηση για το γιατί αυτές οι αλληλουχίες DNA με κρίσιμες ρυθμιστικές λειτουργίες βρίσκονται μόνο μία φορά στο ανθρώπινο γονιδίωμα, δήλωσε ο Heard.
«Όταν κάτι είναι πραγματικά σημαντικό για τη ζωή, η φύση συχνά έχει αντίγραφα ασφαλείας», είπε. "Για αυτά τα συγκεκριμένα στοιχεία DNA, η φύση έχει συσκευάσει πολλαπλές βασικές λειτουργίες δίπλα στο άλλο για να επωφεληθεί από την προστατευτική φύση του χρωμοσώματος".
Η έρευνα ρίχνει φως σε μια σειρά γονιδιωματικών διαταραχών που μπορεί να οφείλονται σε μεταλλάξεις σε αυτές τις πολύπλοκες ρυθμιστικές περιοχές.
Η μελέτη χρηματοδοτήθηκε από τα Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας (NIH). Οι συν-συγγραφείς περιλάμβαναν τον πρώτο συγγραφέα Thomas Sexton, διδακτορικό φοιτητή στο Τμήμα Επιστημών και Τεχνολογίας του Χάρβαρντ/ΜΙΤ. John Cavalli, ερευνητής της Ιατρικής Σχολής του Χάρβαρντ. και ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Γενεύης.
Γράφτηκε από:
Αλεξάνδρα Stern
