Znajdź zawartość

Choć informacja genetyczna zawarta w plemniku jest niemal idealną kopią połowy informacji genetycznej organizmu mężczyzny, struktura DNA zawartego w tej niewielkiej komórce jest bardzo nietypowa. Dotychczas niewiele było wiadomo na temat tego, w jaki sposób upakowanie materiału genetycznego wpływa na losy zapłodnionej komórki jajowej, lecz badacze z Huntsman Cancer Institute (HCI) zrobili ważny krok na drodze do zrozumienia tego zjawiska. Nić DNA znajdująca się w typowej komórce jest uporządkowana dzięki nawinięciu na białka zwane histonami. Zdolność do "uwalniania" określonych fragmentów nici oraz powtórnego ich przyłączania pozwala na kontrolowanie aktywności genów. Jest to jeden z postawowych mechanizmów umożliwiających komórce dostosowanie się do warunków otoczenia. We wnętrzu plemnika sytuacja ma się nieco inaczej. Na zdecydowanej większości odcinków DNA histony są zastępowane przez proteiny z grupy protamin, którę wiążą nić na tyle silnie, że nie uwalniają jej aż do momentu zapłodnienia. Jak się jednak okazuje, histony, choć nieliczne, odgrywają w plemniku niezwykle istotną rolę. Wszystko dzięki ich "strategicznemu" rozmieszczeniu. Jak zauważyli naukowcy z HCI, histony są szczególnie zagęszczone na odcinkach DNA zawierających geny kluczowe dla rozwoju zarodka. Co więcej, występują one w zmodyfikowanej, rzadko spotykanej w innych komórkach formie. Obie te cechy pozwalają na szybką aktywację genów potrzebnych zaraz po zapłodnieniu komórki jajowej, dzięki czemu możliwe jest kontrolowanie rozwoju powstającego organizmu. Jak tłumaczy jeden z autorów odkrycia, prof. Bradley R. Cairns, zrozumienie mechanizmów rządzących aktywnością poszczególnych sekwencji DNA może ułatwić prace nad nowymi metodami diagnostyki i leczenia niepłodności. Obecnie zespół z HCI planuje rozpoczęcie badań nad wpływem stylu życia mężczyzn na prawidłowe formowanie się kompleksów DNA i białek.

Przy opisywaniu dziedziczenia przyjęło się traktować ten proces wyłącznie jako zależny od informacji zapisanej w DNA. Okazuje się jednak, że oprócz tego mechanizmu istnieje także druga grupa zjawisk, które kontrolują aktywność genów przekazywanych potomstwu. Jeden z mechanizmów decydujących o pozagenowym (lub, mówiąc fachowym językiem, epigenetycznym) dziedziczeniu został niedawno odkryty przez amerykańskich naukowców. Badacze z laboratorium Cold Springs Harbor rozszerzyli dostępną dotychczas wiedzę na temat sposobu, w jaki sposób upakowanie nici DNA w jądrze komórkowym wpływa na rozwój komórek potomnych. Nić ta jest nawinięta na białka zwane histonami, wraz z którymi tworzy strukturę zwaną chromatyną, przypominającą sznur z nawleczonymi koralami. Im silniej histony wiążą w danym miejscu z DNA, tym mniej aktywne są położone w tym miejscu nici geny. Takie "ciche" obszary genomu komórki nazywamy heterochromatyną. Tworzy ona około 10% całego genomu człowieka i "rozluźnia" swoją strukturę wyłącznie w czasie kopiowania DNA na potrzeby podziału komórkowego. Podczas replikacji materiału genetycznego dochodzi do powielenia nie tylko samej jego sekwencji, lecz także miejsc, w których powstaje heterochromatyna. Oznacza to, że nawet bliźnięta o identycznej informacji genetycznej mogą wykazywać inną ekspresję genów z powodu zjawisk epigenetycznych. Dotychczas nie było jasne, w jaki sposób dochodzi do "zapamiętywania" przez potomne komórki sposobu, w który histony łączą się z określonymi odcinkami DNA. Jako model do badań posłużyły drożdże piekarskie, bardzo często stosowane w tego typu eksperymentach. Odkryto, że za zjawiskiem stoi mechanizm tzw. interferencji RNA (za jego odkrycie przyznano w 2006 Nagrodę Nobla). Polega on na bardzo precyzyjnym wyłączaniu aktywności określonych genów za pomocą krótkich nici RNA. Okazało się, że do syntezy RNA odpowiedzialnego za interferencję dochodzi wyłącznie podczas podziału komórek, kiedy to cała nić DNA (a więc także heterochromatyna) na krótki okres rozluźnia się i staje się aktywna. Właśnie przez ten krótki czas dochodzi do syntezy RNA, które następnie reguluje proces powstawania struktury chromatyny. Badacze zauważyli jednocześnie, że bardzo podobny proces zachodzi u niektórych roślin. Odkryto bowiem, że pod wpływem zmiany temperatury dochodzi do zmiany nasilenia zjawiska interferencji RNA. Roślina musi przejść przez okres chłodu, by z nasiona zaczął powstawać zalążek nowego pędu (właśnie w tym czasie dochodzi do zmian w ekspresji genów pod wpływem zmiany temperatury). Proces ten widać doskonale w przypadku niektórych zbóż, zwanych ozimymi. Artykuł na temat szczegółów odkrycia został opublikowany w najnowszym numerze czasopisma Current Biology.