Zespół odkrywa związek między czasem replikacji DNA a sposobem składania genów w trójwymiarowe struktury w jądrze komórkowym

Złożony proces kopiowania informacji genetycznej, zwany replikacją DNA, leży u podstaw przenoszenia życia z komórki do komórki i z jednego organizmu do drugiego. Nie dzieje się to po prostu poprzez kopiowanie informacji genetycznej; Dobrze zorganizowana sekwencja zdarzeń molekularnych również musi nastąpić w czasie.

Naukowcy współpracujący z profesor Maríą Eleną Torres Padilla z Helmholtz Monachium odkryli niedawno fascynujący aspekt tego procesu, znany jako „czas transkrypcji” (RT) i jego specyficzny moment rozpoczęcia życia. the Nowe wyniki Obecnie ukazuje się w Natura.

Czas replikacji DNA (RT) odnosi się do dokładnych momentów, w których replikują się różne regiony naszego kodu genetycznego. Naukowcy z Instytutu Epigenetyki i Komórek Macierzystych w Helmholtz Monachium zastosowali technikę zwaną „Repli-seq”, aby głębiej zagłębić się w ścisły związek między RT a zdolnością komórek do adaptacji i plastycznością komórkową.

Co ciekawe, odkryli także nowy związek między RT a sposobem składania genów w struktury 3D w jądrze komórkowym.

Począwszy od pierwszego etapu zarodka, zygoty – początku życia organizmu – badacze stworzyli mapę RT od etapu jednokomórkowego do etapu, w którym zarodek zagnieżdża się w macicy matki, zwanego blastocystą. Nieoczekiwanym odkryciem jest to, że RT w zarodku jednokomórkowym nie jest zbyt regulowana, co sugeruje, że transkrypcja genomu jest bardzo elastyczna w tych wczesnych komórkach.

Jednak po etapie czterech komórek RT staje się bardziej specyficzna. Zachodzi proces stopniowy, odzwierciedlający stopniowe nabywanie modyfikacji w DNA i związanych z nim białkach, czyli tak zwanych znacznikach chromatynowych, które wskazują na aktywność genów i ich znaczenie w funkcjach komórki.

„To fascynujące” – wyjaśnia Maria Elena Torres Padilla, autorka badania – „ponieważ mówi nam, że te wczesne komórki embrionalne mają bardzo „plastyczny” program replikacji genomu. Ponieważ te wczesne komórki są w pełni funkcjonalne, mogą dać początek do każdej komórki naszego ciała.” „Wierzymy, że to, co odkryliśmy w tym badaniu, jest jednym z powodów, dla których te komórki są niezwykle zdolne do generowania całego ciała”.

Nowe odkrycia dotyczące replikacji DNA mogą okazać się narzędziem do przeprogramowania komórek. „Możemy sobie wyobrazić zmianę tożsamości komórki poprzez zmianę programu RT na bardziej elastyczny” – dodaje dr Tsunetoshi Nakatani, pierwszy autor badania.

Wyniki pokazują również, że polimeraza RNA, znana jako enzym odpowiedzialny za odczytywanie kodu genetycznego i transkrypcję go na RNA, przyczynia się do określenia dokładnego programu RT, dostarczając wskazówek na temat możliwości realizacji takiego programu w przyszłości. .

Zespół badawczy odkrył, że najpierw tworzy się trójwymiarowa struktura genomu, a następnie generowany jest program RT. To ekscytujące odkrycie, ponieważ zakłada, że ​​dopasowanie naszego genomu do przestrzeni 3D jądra komórkowego wpływa na plastyczność programu RT.

Podsumowując, czas replikacji DNA jest fascynującym elementem układanki w wielkiej narracji o życiu. Pokazuje, jak precyzja reprodukcji genetycznej jest ściśle powiązana ze zdolnością komórek wczesnego zarodka do wytwarzania innych typów komórek w organizmie. W miarę jak badacze nadal badają te powiązania, zyskujemy głębsze zrozumienie istoty przenoszenia życia z komórki do komórki, z organizmu na organizm oraz tego, co sprawia, że ​​komórka jest zdolna do generowania nowego ciała.