• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Naukowcy złamali kod DNA plemników

    22.10.2009. 15:12
    opublikowane przez: Maksymilian Gajda

    Zespół europejskich naukowców pod kierunkiem Europejskiego Laboratorium Biologii Molekularnej (EMBL) w Heidelbergu, Niemcy, i Grenoble, Francja, odkrył, że Brdt, białko występujące wyłącznie w rozwijających się komórkach nasiennych, odgrywa kluczową rolę w sterowaniu kondensującym przepakowywaniem DNA plemników. Wyniki badań, opublikowane w czasopiśmie Nature, pomagają lepiej zrozumieć, dlaczego plemniki są wyjątkowo opływowe.

    Naukowcom z EMBL, we współpracy z kolegami z Institut de Biologie Structurale (IBS) - Jean Pierre Ebelem oraz Instytutu im. Alberta Bonniota (IAB) we Francji, udało się określić, w jaki sposób najlepiej odczytywać kod histonowy, dzięki rozwikłaniu zagadki prędkości plemników. Jedno jest pewne: płodność zależy w znacznym stopniu od szybkości, z jaką pływają plemniki.

    Rozwlekłe i nieporęczne DNA (kwas dezoksyrybonukleinowy) jest dogodnie spakowane w złożoną strukturę zwaną chromatyną, która jest strukturalnym budulcem chromosomu. Długie łańcuchy DNA są owinięte wokół białek zwanych histonami. Niemniej co przesądza o wyjątkowości DNA plemników? Naukowcy powiedzieli, że chromatyna plemników jest jeszcze bardziej zwarta, dzięki czemu główka plemnika jest mniejsza i bardziej hydrodynamiczna.

    Badania pokazały, że chromatyna jest regulowana w niezwykle złożony sposób. Rozmaite znaczniki chemiczne oznaczają histony i działają jak kod kierujący zmianami w strukturze chromatyny. Zdaniem naukowców "różne białka łączą się ze znacznikami, których kombinacja rozszyfrowuje kod".

    Wyniki wcześniej przeprowadzonych badań sugerowały, że białka wiążą się za pomocą jednej lub więcej "domen", z których każda jest oznaczona tylko jednym znacznikiem. Ale naukowcy z EMBL, IBS i IAB odkryli dodatkowy poziom zaawansowania. Analizując wiązanie histonowe białka Brdt, zespół odkrył, że wiąże się ono najsilniej z histonem za pomocą dwóch znaczników szczególnego rodzaju - grupy acetylowe (grupy zawierające węgiel i wodór) - wykorzystując tylko jedną domenę białka.

    "To nas bardzo zaskoczyło" - mówi dr Christoph Müller z EMBL. "Przyglądaliśmy się strukturze i zauważyliśmy, że domena tworzy kieszonkę, wiążąc obydwa znaczniki jednocześnie."

    Ze swej strony dr Saadi Khochbin z IAB powiedział: "W plemnikach, tuż przed rozpoczęciem hiperkondensowania przez DNA, znaczniki są dodawane w całej chromatynie przez olbrzymią falę. Jeżeli nie ma Brdt, dodatkowe kondensowanie nie zachodzi, a główka plemnika jest mniej opływowa. Samce myszy nieposiadające białka Brdt są bezpłodne."

    Niemniej naukowcy twierdzą, że można jedynie przypuszczać, czy sposób w jaki białko Brdt wiąże się ze znacznikami histonowymi odgrywa istotną rolę w jego wyjątkowych zdolnościach kondensowania.

    "Według jednego z przypuszczeń histony nabywają znaczniki sekwencyjnie i podlegają kondensowaniu dopiero po uzyskaniu kompletu znaczników" - mówi dr Müller. "Białko Brdt wiąże się z dwoma ostatnimi znacznikami w sekwencji, co sprawia, że wiązanie białka Brdt jest ostatnim etapem procesu - ostatecznym sygnałem do rozpoczęcia hiperkondensowania."

    Zdaniem Carlo Petosa z IBS: "Zbadaliśmy ponownie struktury innych białek łączących się z chromatyną i zauważyliśmy, że one również prawdopodobnie wykorzystują mechanizm wiązania znaczników, poszerzając [w ten sposób] naszą wiedzę na temat sposobu odczytywania kodu histonowego."

    Naukowcy są przekonani, że wyniki ich badań przyczynią się do rozwiązania problemów dotyczących rozwoju plemników. Zespół analizuje również sposób, w jaki to białko wpływa na płodność mężczyzn.

    rdo: CORDIS

    informacji: Nature: http://www.nature.com/nature/index.html EMBL: http://www.embl.org/ Teksty pokrewne: 30142, 30209, 30926 Kategoria: Różne
    Źródło danych: EMBL, Nature
    Referencje dokumentu: Morini?re, J., et al. (2009). Cooperative binding of two acetylation marks on a histone tail by a single bromodomain. Nature, 461: 664-668. DOI: 10.1038/nature08397.
    Indeks tematyczny: Koordynacja, wspólpraca; Nauki biologiczne; Badania Naukowe RCN: 31389   W góre . O tym serwisie . Serwisy CORDIS . Helpdesk . © . Ważne informacje prawne Administratorem witryny CORDIS jest Urząd Publikacji

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Remodeling chromatyny nazywany także rearanżacją chromatyny stanowi proces polegający na zmianie struktury chromatyny przy pomocy określonych kompleksów białkowych, którego celem jest regulacja ekspresji genów poprzez zmianę dostępności chromatyny dla czynników transkrypcyjnych. Pierwsze białka zdolne do remodelowania struktury przestrzennej chromatyny zostały odkryte na początku lat 90. XX wieku. Do chwili obecnej udało się dość dobrze zbadać budowę i mechanizm działania niektórych czynników białkowych biorących udział w tym procesie. Histony łącznikowe – rodzina małych, zasadowych białek histonowych, do których zalicza się histon H1 i jego odmianę histon H5. W porównaniu z innymi histonami cechuje je względnie duża heterogenność. Średnia masa histonu łącznikowego wynosi około 20 kDa. Białko to jest zlokalizowane w obrębie nukleosomu w miejscu, w którym DNA schodzi i wchodzi do nukleosomu, tworząc swego rodzaju klamrę spinającą całość. Histony łącznikowe zbudowane są z trzech domen: globularnej domeny głównej oraz dwóch małych domen - N-końcowej i C-końcowej. Domena główna złożona jest z około 80 aminokwasów. Jedna z hipotez na temat pochodzenia tej domeny zakłada, że jest ona produktem fuzji bogatego w lizynę prokariotycznego białka kondensującego DNA i białka pełniącego funkcje strukturalne. GH5 (globularna domena histonu H5) posiada podobną strukturę przestrzenną jak bakteryjne białka CAP co może częściowo popierać powyższą teorię. Warto odnotować, że pomimo swojej nazwy żadne z tych białek nie posiadają charakterystycznej domeny nazywanej "fałdem histonowym" Obecnie istnieją co najmniej trzy modele przedstawiające ułożenie histonu H1 na nukleosomie. Niestety z powodu niedoboru danych strukturalnych (brak precyzyjnie wyznaczonej struktury trzeciorzędowej tego białka) nie można definitywnie potwierdzić żadnego z tych modeli. Chromatyna (chromatinum) – włóknista substancja występująca w jądrze komórkowym, zbudowana z DNA, histonów i niehistonowych białek. Stanowi główny składnik chromosomów. U bakterii również występuje chromatyna.

    Protaminy - zasadowe białka o niskiej masie cząsteczkowej, które zawierają argininę i występują w połączeniu z DNA plemników niektórych ssaków (w tym człowieka). W plemnikach histony ulegają wymianie na protaminy podczas kondensacji jądra tych komórek. Ostateczne wbudowanie protamin do chromatyny plemnika jest poprzedzone ich defosforylacją. Ponieważ protaminy są bardziej zasadowe od histonów są w stanie ciaśniej wiązać się z DNA co umożliwia skuteczniejsze upakowanie materiału genetycznego a zatem możliwość zmniejszenia rozmiarów jądra. W organizmie człowieka nie podlegają trawieniu żołądkowemu. Silna kationowość protamin sprawia, że osłabiają ona łączenie się heparyny z antytrombiną III i przez to zmniejszają działanie antykoagulacyjne heparyny. Struktura czwartorzędowa białka – poziom organizacji na którym można opisać budowę białka. Określa się tu wzajemny układ w przestrzeni oraz sposób połączenia się:

    Histon H4 – jeden z 5 głównych histonów budujących nukleosomy. Uczestniczy w organizacji DNA jądrowego w wyższe struktury chromatyny w komórkach eukariotów. Najmniejszy spośród wszystkich histonów rdzeniowych, jednocześnie jest on najbardziej konserwatywny ewolucyjnie. W jego budowie można wyróżnić domenę globularną oraz długi odcinek N-końcowy. Zbudowany jest z 102 aminokwasów, w tym 11% lizyny i 4% argininy. Białka fuzyjne (białka chimeryczne) – białka powstające z połączenia 2 lub większej liczby genów, które pierwotnie były odpowiedzialne za produkcję niezależnych białek. Produktem genu fuzyjnego jest białko (polipeptyd), którego funkcja jest w pewnym stopniu pochodną funkcji białek kodowanych przez geny wchodzące w skład takiego połączenia.

    Białko VHL (pVHL) – białko, kodowane przez gen VHL znajdujący się na chromosomie 3. Gen VHL jest genem supresorowym; jego mutacja prowadzi do rozwoju nowotworów. Germinalne mutacje w genie VHL prowadzą do choroby von Hippla-Lindaua, która charakteryzuje się występowaniem w młodym wieku i rodzinnie określonych typów bogato unaczynionych nowotworów ośrodkowego układu nerwowego, siatkówki, rdzenia nadnerczy, trzustki i innych narządów.
    Nazwa genu pochodzi od nazwy choroby i została po raz pierwszy użyta w pracy Bernda R. Seizingera i jego współpracowników opublikowanej na łamach „Nature” w marcu 1988 roku, w której locus domniemanego genu wywołującego chorobę określono na 3p25. Białorutenizacja − proces nadawania cech kultury białoruskiej osobom lub zbiorowościom funkcjonującym wcześniej w ramach innych kultur, umacniania pozycji kultury i języka białoruskiego w danej dziedzinie lub na określonym obszarze. W latach 20. XX wieku stanowiła ona część oficjalnej polityki władz Białoruskiej SRR. Współcześnie, zdaniem niektórych polskich badaczy, białorutenizacja objawia się określaniem elementów i dziedzictwa kultur nie-białoruskich na Białorusi jako elementy kultury białoruskiej.

    Białka fibrylarne (białka włókniste, włókienkowe lub włókiennikowe, skleroproteiny, skleroproteidy, albuminoidy) - białka proste o strukturze włókienkowej stanowiące podstawowy materiał budulcowy organizmów zwierzęcych.

    Białoruska Partia Patriotyczna (biał. Белару́ская патрыяты́чная па́ртыя, Biełaruskaja patryjotycznaja partyja, ros. Белорусская патриотическая партия, Biełorusskaja patrioticzeskaja partija) – prorosyjska partia polityczna na Białorusi. Jej przewodniczącym jest Mikałaj Ułachowicz, będący jednocześnie przewodniczącym organizacji społecznej "Białoruskie Kozactwo". Organem kierowniczym jest Rada. Zdaniem białoruskiego historyka Ihara Lalkoua, partia należy do tzw. partii-fantomów, których działalność ogranicza się do pracy ich liderów i pewnej szczątkowej aktywności w czasie kampanii wyborczych.

    Kinazy białkowe – grupa kinaz, których substratami są białka. Enzymy te przeprowadzają reakcję fosforylacji cząsteczki specyficznego dla danej kinazy białka. Fosforylacja zwykle prowadzi do zmiany konformacji cząsteczki białka i, w konsekwencji, zmiany jego aktywności, zdolności do wiązania się z innymi białkami albo przemieszczenia cząsteczki w obrębie komórki. Do 30% białek podlega regulacji na tej drodze; większość szlaków metabolicznych komórki, zwłaszcza sygnalizacyjnych, angażuje enzymy z grupy kinaz białkowych. W ludzkim genomie zidentyfikowano kilkaset genów kodujących sekwencje aminokwasowe kinaz białkowych (około 2% wszystkich genow). Funkcja kinaz białkowych podlega wielostopniowej regulacji, również angażującej kinazy i fosfatazy białkowe; fosforylacja białka kinazy może zwiększać albo zmniejszać jej aktywność. Białka aktywatorowe lub inhibitorowe przez przyłączanie się do domen regulatorowych kinaz również wpływają na ich aktywność. Niektóre kinazy posiadają domenę regulatorową, którą same mogą fosforylować (autofosforylacja albo cis-fosforylacja). Histony – zasadowe białka wchodzące w skład chromatyny, neutralizujące jej kwasowy charakter, o niewielkiej masie cząsteczkowej (poniżej 23 kDa). Charakteryzują się dużą zawartością aminokwasów zasadowych, zwłaszcza lizyny i argininy, co nadaje im właściwości polikationów. Histony wiążą się z polianionową helisą DNA, tworząc elektrycznie obojętne nukleoproteiny.

    Nukleosom – jednostka strukturalna chromatyny składająca się z odcinka DNA o długości ok. 200 par zasad, z których 146 nawiniętych jest na 8 histonów rdzeniowych (po dwa histony H2A, H2B, H3 i H4 - tzw. oktamer histonowy) i tworzy tzw. cząstkę rdzeniową lub rdzeń nukleosomu.

    Dodano: 22.10.2009. 15:12  


    Najnowsze