_ Rapoarte ale studiului de reglementare genetică rezultate surprinzătoare: regiuni extinse de ADN aparțin mai multor comutatoare de gene

Unele secvențe din genom fac ca genele să fie pornite sau oprite. Până acum, fiecare dintre aceste comutatoare de gene, sau așa-numiții potențiatori, se credea că își are propriul loc în ADN. Prin urmare, diferiți amplificatori sunt separați unul de celălalt, chiar dacă controlează aceeași genă și o activează în diferite părți ale corpului.

Un studiu recent de la Universitatea din Bonn și LMU München contestă această idee . Descoperirile sunt, de asemenea, importante, deoarece se crede că comutatoarele genelor joacă un rol central în evoluție. Studiul a fost publicat în revista Science Advances.

Planul formelor de plante și animale este codificat în ADN-ul lor. Dar doar o mică parte a genomului - aproximativ două procente la mamifere - conține gene, instrucțiunile pentru fabricarea proteinelor. Restul controlează în mare măsură când și unde sunt active aceste gene: câte dintre transcriptele lor sunt produse și, prin urmare, câte proteine ​​sunt produse din aceste transcripte.

Unele dintre aceste secvențe de reglementare, numite „amplificatori”, funcționează. precum întrerupătoarele de intensitate folosite pentru a modula lumina din camera noastră de zi. Într-adevăr, ele cresc expresia unei anumite gene, unde și când această genă este necesară. Genele care controlează morfologia răspund adesea la mai mulți amplificatori independenți, fiecare determinând expresia genei într-o parte diferită a corpului.

Până acum, se credea că amplificatorii sunt modulari. Termenul implică faptul că fiecare amplificator ocupă o porțiune izolată de ADN.

„Am arătat, totuși, că acest lucru nu este absolut adevărat”, explică Mariam Museridze. Ea este doctorand. student la Institutul de Biologie Organismică din Bonn în grupul Prof. Dr. Nicolas Gompel și primul autor al studiului. Gompel este, de asemenea, membru al Zonei de Cercetare Transdisciplinară (TRA) „Life & Health” de la Universitatea din Bonn.

Cercetătorii au studiat modul în care o genă numită galben este reglată în musca de fructe Drosophila. Această genă determină insecta să producă pigmentul maroniu melanină. Există o serie de amplificatori care controlează activitatea galbenului. Unul dintre ei, de exemplu, este responsabil de pigmentarea dinților larvelor, în timp ce altul este responsabil de formarea modelului în dungi pe abdomenul muștei.

„Am aruncat o privire mai atentă la două. dintre acești amplificatori”, spune Museridze.

Primul controlează formarea unui model de culoare pe aripi, în timp ce al doilea controlează colorarea capului, toracelui și abdomenului. Ambele sunt active în același timp în timpul metamorfozei muștei. Echipa a descoperit că amplificatorul corporal nu este, așa cum era de așteptat, situat într-o regiune diferită a ADN-ului față de amplificatorul aripii.

În schimb, există regiuni extinse de ADN care aparțin ambelor comutatoare de gene, adică influențează. pigmentarea atât a aripii, cât și a corpului.

Rezultatele sugerează că arhitectura secvențelor de reglare din genom este mult mai complexă decât se credea anterior. Acest lucru are implicații de anvergură asupra modului în care trăsăturile se schimbă în timpul evoluției. Conform cunoștințelor actuale, amplificatorii joacă un rol cheie în acest proces.

Acest lucru se datorează faptului că multe proteine ​​sunt atât de importante pentru un organism încât o mutație în gena lor (adică secvența ADN care conține instrucțiunile de construire). proteina) ar cauza probleme grave sau chiar moarte sigură. Ca rezultat, genele care controlează forma corpului, cum ar fi numărul de aripi sau picioare, se schimbă rareori pe parcursul evoluției. Amplificatorii oferă o cale de ieșire din această dilemă: atunci când suferă mutații, activitatea genei corespunzătoare se modifică, dar numai într-un anumit țesut și la un anumit moment.

„Costul mutației unui amplificator este, prin urmare, adesea mai mic decât costul mutației directe a genei”, spune Mariam Museridze.

Acest lucru face mai ușor să apară noi trăsături în timpul evoluției. Este ca și cum ai coace o prăjitură: dacă amesteci ouă, făină, lapte și zahăr, poți obține complet diferite tipuri de aluat, în funcție de raportul de amestecare. În această metaforă, potențatorii ar fi responsabili pentru cantitatea de ingrediente, nu pentru tipul de ingrediente.

O mutație genetică este ca și cum ai înlocui accidental un ingredient cu ceva complet diferit, de exemplu, folosind rumeguș în loc de făină. . Rezultatul cu siguranță nu va avea un gust prea bun. O mutație într-un amplificator, pe de altă parte, ar schimba cantitatea de făină.

„Dacă amplificatorii nu sunt atât de modulari pe cât credeam, aceasta înseamnă că mutațiile în ei pot avea efecte mult mai ample”, spune Museridze.

Aceasta înseamnă că o astfel de mutație ar putea afecta cantitatea mai multor ingrediente în același timp. Cu toate acestea, este, de asemenea, posibil ca potențatorii să-și păstreze independența și să continue să controleze cantitatea unui singur ingredient, chiar dacă secvențele lor sunt împletite și împărtășite.

„Acum dorim să investigăm aceste posibilități mai detaliat. ”, explică profesorul Gompel. „De asemenea, vrem să aflăm cât de generale sunt descoperirile noastre și cum ne afectează acest lucru înțelegerea mecanismelor evolutive.”

(Fluierul)