Vedci zistili, ako proteín DDM1 pomáha v procese metylácie, ktorý umlčí „skákajúce gény“ v rastlinách. Ich zistenia tiež odhaľujú, ako interakcie DDM1 so špecifickými histónmi zabezpečujú zachovanie epigenetickej kontroly medzi generáciami, čo môže mať dôsledky pre poľnohospodárstvo a ľudskú genetiku.
Keď organizmy odovzdávajú svoje gény budúcim generáciám, obsahujú oveľa viac než len kód dna, Niektorí tiež odovzdávajú chemické markery, ktoré inštruujú bunky, aby použili tento kód. Odovzdávanie týchto markerov budúcim generáciám je známe ako epigenetické dedičstvo. To je bežné najmä v rastlinách. Preto by tu dôležité zistenia mohli mať dôsledky pre poľnohospodárstvo, zásobovanie potravinami a životné prostredie.
Profesor Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) a vyšetrovatelia HHMI Rob Martiensen a Leemore Joshua-Tor skúmajú, ako rastliny prechádzajú pozdĺž markerov, ktoré udržujú transpozóny neaktívne. Transpozóny sú známe aj ako skokové gény. Keď sú zapnuté, môžu sa pohybovať a narúšať iné gény. Aby ich umlčali a chránili genóm, bunky pridávajú regulačné značky na špecifické miesta DNA. Tento proces sa nazýva metylácia.
Arabidopsis thaliana je rastlinný druh široko používaný na uskutočnenie základných biologických objavov. S pomocou tohto všestranného testovacieho subjektu teraz vedci z CSHL odhalili tajomstvá procesu, ktorý pomáha kontrolovať dedičnosť. Poďakovanie: Martiensen Laboratory/Cold Spring Harbor Laboratory
Martiensen a Joshua-Tor teraz ukázali, ako proteín DDM1 robí cestu pre enzým, ktorý umiestňuje tieto značky na nový reťazec DNA. Rastlinné bunky vyžadujú DDM1, pretože ich DNA je pevne zabalená. Aby bol ich genóm kompaktný a organizovaný, bunky obalia svoju DNA okolo baliacich proteínov nazývaných históny. „Ale blokuje prístup k DNA pre všetky druhy dôležitých enzýmov,“ vysvetľuje Martiensen. Predtým, ako môže dôjsť k metylácii, „musíte odštiepiť alebo odstrániť históny z cesty“.
Martiensen a bývalý kolega z CSHL Eric Richards prvý objavený DDM1 pred 30 rokmi. Odvtedy vedci zistili, že posúva DNA pozdĺž svojich obalových proteínov, aby odhalila miesta, ktoré vyžadujú metyláciu. Martiansen prirovnal tento pohyb k jojo kĺzaniu po strune. Vysvetľuje: „Históny sa môžu pohybovať hore a dole po DNA, odhaľujúc časti DNA naraz, ale nikdy sa nezrútia.“
Tento kreslený model po prvýkrát ukazuje, kde a ako proteín DDM1 (fialový) zachytáva DNA (béžová) počas delenia buniek. Kredit: Joshua-Tor Lab/Cryo-EM Facility/Cold Spring Harbor Laboratory
Prostredníctvom genetických a biochemických experimentov Martiensen dešifroval presný histón DDM1. Joshua-Tor použil kryo-elektrónovú mikroskopiu na zachytenie detailných snímok enzýmu interagujúceho s DNA a súvisiacimi baliacimi proteínmi. Boli schopní vidieť, ako DDM1 zachytáva špecializované históny na prestavbu zabalenej DNA. „Neočakávaná väzba spájajúca DDM1 dohromady sa ukázala ako konzistentná s prvou mutáciou nájdenou pred všetkými tými rokmi,“ hovorí Joshua-Tor.
Experimenty tiež odhalili, ako afinita DDM1 k určitým histónom zachováva epigenetickú kontrolu medzi generáciami. Tím ukázal, že histón nachádzajúci sa iba v peli je odolný voči DDM1 a pôsobí ako zástupný symbol počas delenia buniek. „Pamätá si, kde bol histón počas vývoja rastlín, a uchováva si túto pamäť v ďalšej generácii,“ hovorí Martiensson.
Rastliny tu nemôžu byť samé. Ľudia sú tiež závislí na proteínoch, ako je DDM1, aby si udržali metyláciu DNA. Nový objav môže pomôcť vysvetliť, ako tieto proteíny udržujú náš genóm funkčný a neporušený.
Referencie: Seung Cho Lee, Dexter W. Adams, Jonathan J. „Chromatínová prestavba variantov histónu H3 pomocou DDM1 je základom epigenetickej dedičnosti metylácie DNA“ od Ipsara, Jonathana Kahna, Jasona Lina, Hyun-Soo Kima, Benjamina Berubeho, Victoria Major. Joseph P. Calarceau, Chantal LeBlanc, Sonali Bhattacharjee, Umamaheswari Ramu, Daniele Grimnelli, Yannick Jacob, Philip Voigt, Leemore Joshua-Torre a Robert A. Martiensen, 28. august 2023, k dispozícii tu miestnosť,
DOI: 10.1016/j.cell.2023.08.001
štúdia bola financovaná Národný inštitút zdraviaNational Science Foundation, Howard Hughes Medical Institute, Wellcome Trust a H2020 European Research Council.
