• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Badania w dziedzinie genomiki na dobrej drodze

    29.04.2010. 19:12
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Naukowcy, których prace są finansowane ze środków unijnych, rzucają nowe światło na wysoce złożone mechanizmy nadzorujące aktywność naszych genów. Wyniki finansowanego ze środków unijnych 3-letniego projektu GENNETEC (Sieci genetyczne - powstawanie i złożoność), dofinansowanego na kwotę 1,48 mln EUR z tematu "Technologie społeczeństwa informacyjnego" Szóstego Programu Ramowego (6PR) przyczynią się do posunięcia genomiki o krok naprzód dzięki nowym sposobom identyfikacji regulatorów nadzorujących konkretne geny.

    W organizmach - od bakterii po człowieka - geny są stale włączane i wyłączane. Genomika bada funkcjonowanie tej złożonej sieci genów i czynników, które nią sterują.

    Molekuły, które włączają i wyłączają geny, nazywane są czynnikami transkrypcyjnymi lub regulatorami genetycznymi, a naukowcy starają się obecnie odkryć mechanizmy, które nimi kierują. Projekt GENNETEC ma wskazać, którym genem zarządza dany czynnik transkrypcyjny.

    Czynniki transkrypcyjne łączą się z konkretnymi miejscami na chromosomie, aby włączać i wyłączać pobliskie geny. Powstający w ten sposób schemat działania genu jest odpowiedzialny za rozwój komórki lub organizmu, ich funkcjonowanie oraz reakcje na wyzwania i bodźce środowiskowe. Nieprawidłowości w funkcjonowaniu tego systemu mogą wywoływać choroby, w tym nowotwory.

    "Chorobę można czasami uznać za nieprawidłową zmianę w dynamice sieci interakcji" - mówi dr François Kép?s z francuskiego Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) i koordynator projektu GENNETEC. "Zatem poznanie ich właściwości oraz sposobu korygowania lub kontrolowania ich dynamiki ma zasadnicze znaczenie."

    Do niedawna naukowcy poszukiwali krótkich sekwencji DNA (kwasu dezoksyrybonukleinowego), o których wiadomo było, że łączą się z określonymi molekułami regulacyjnymi, aby podejmować próby dopasowania genów do potencjalnych czynników transkrypcyjnych. Niemniej wadą tej metody było wskazywanie wielu możliwych połączeń, które później okazywały się błędne.

    Zespół GENNETEC przyjął nowe podejście do badania czynników transkrypcyjnych. W toku wcześniejszych badaniach naukowcy odkryli, że geny, które reagują na ten sam czynnik transkrypcyjny są często rozmieszczone w regularnych odstępach wzdłuż chromosomu. Zespół podejrzewał, że grupowanie czynników transkrypcyjnych i powiązanych z nimi genów ułatwia optymalizację ich funkcjonowania. Aby wykazać, że lokalizacje tych genów są pomocne w określeniu struktury danego łańcucha DNA, zespół wykorzystał symulacje numeryczne fałdowania DNA.

    To umożliwiło naukowcom znacznie skuteczniejszą identyfikację powiązań gen-czynnik transkrypcyjny. "Połączenie dwóch prognostyków pozwala nam na znacznie lepsze przewidywanie regulatorów danego genu poprzez ograniczanie fałszywych trafień" - wyjaśnia dr Kép?s. "Szczegółowość prognozowania jest zwykle podwajana."

    "Odkryliśmy, że istnieje wyraźne powiązanie między strukturą chromosomu a ekspresją genu, które możemy teraz przewidzieć w bardzo precyzyjny i realny sposób. Teraz jest nam łatwiej poznać regulację genetyczną komórek człowieka przy niższych kosztach i w krótszym czasie."

    Jeden z partnerów GENNETEC - NorayBio, przedsiębiorstwo z siedzibą w Hiszpanii zajmujące się oprogramowaniem dla bionauki - już opracowuje program, który ma umożliwić naukowcom na całym świecie korzystanie z tego podejścia do analizy sieci genów. Konsorcjum GENNETEC opracowało również własną, prostą wersję oprogramowania dostępnego bezpłatnie.

    Zdaniem dr Kép?sa badania złożonych systemów genomicznych prowadzone przez konsorcjum są tak samo ważne jak nowe oprogramowanie, ponieważ znajdą zastosowanie w różnych dziedzinach, w tym w systemach inżynieryjnych. "Komórki mają zaledwie jeden genom, ale dzięki niemu mogą radzić sobie z wieloma problemami" - jak zauważa. "Możemy wykorzystać to biologiczne rozwiązanie jako inspirację do zbudowania nowej generacji algorytmów, aby lepiej niż dotąd rozwiązywać złożone problemy."

    Za: CORDIS

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Geny kodujące białka mechanizmów naprawy DNA człowieka: DNA komórki jest stale narażone na czynniki uszkadzające. Sprawnie działające mechanizmy naprawy DNA funkcjonują w komórkach organizmów zarówno prokariotycznych jak i eukariotycznych. Badania genomu ludzkiego pozwoliły zidentyfikować szereg genów kodujących białka biorące udział w różnorodnych mechanizmach naprawy DNA. Poznano dotąd ponad 130 genów o takiej, udowodnionej lub prawdopodobnej, funkcji. Nowe geny naprawy DNA są ciągle odkrywane dzięki badaniom porównawczym sekwencji genów człowieka i homologów tych genów u organizmów modelowych, takich jak E. coli i S. cerevisiae. Badania te mają znaczenie dla medycyny, ponieważ do tej pory zidentyfikowano już kilkanaście chorób, w których patogenezie mają udział niesprawne mechanizmy naprawy DNA. 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. Receptory jądrowe – w biologii molekularnej rodzaj czynników transkrypcyjnych, które przez przyłączanie specyficznych ligandów, regulują ekspresję licznych genów.

    Geny plejotropowe (geny polifeniczne) – geny odpowiadające za ujawnienie się co najmniej dwóch różnych, pozornie nie powiązanych ze sobą, cech organizmu. Efekt działania genów plejotropowych określa jako plejotropię. Białka Aux/IAA (ang. Auxin/Indole-3-Acetic Acid) – rodzaj białek związanych z odpowiedzią na działanie auksyny. Poprzez negatywną regulację aktywności czynników transkrypcyjnych ARF (ang. Auxin Response Factor) regulują poziom ekspresji genów zależnych od działania auksyny.

    Sekwencja regulatorowa genu (ang. gene regulatory sequence) – fragment DNA, który reguluje ekspresję genu. Do sekwencji regulatorowej przyłączają się białka regulujące transkrypcję, takie jak: czynniki transkrypcyjne i remodelatory, oraz polimeraza RNA. Kombinacja tych sekwencji, wraz z kombinacją czynników białkowych dostępnych w jądrze komórkowym i ich aktywności, sprawia, że poziom ekspresji genu jest regulowany w zależności od typu, stanu metabolicznego komórki i bodźców zewnętrznych. Histon H1 – jeden z 5 głównych histonów. Jednak histon H1 nie tworzy struktury nukleosomu, jest on odpowiedzialny za formowanie i stabilizację chromatosomu. Najbardziej zmienny spośród wszystkich histonów, odpowiada za kondensację włókien chromatyny i za regulację aktywności genów. Występuje zarówno w aktywnej transkrypcyjnie, jak i w nieaktywnej chromatynie. Indukuje kondensacje włókien polinukleosomowych wpływając na regulację ekspresji genów przez bezpośrednie lub pośrednie blokowanie wiązania czynników transkrypcyjnych. Wyróżnia się specyfiką gatunkową i tkankową. Białka H1 zbudowane są z trzech odrębnych strukturalnie domen pełniących różne funkcje w strukturze chromatyny. Histon ten występuje w aktywnej transkrypcyjnie, jak i w nieaktywnej chromatynie. Indukuje kondensacje włókien polinukleosomowych wpływając na regulację ekspresji genów przez bezpośrednie lub pośrednie blokowanie wiązania czynników transkrypcyjnych.

    Geny R, geny odporności – grupa genów obecnych w genomie roślin odpowiedzialnych za przekazywanie dziedzicznej odporności na patogeny. Każdy z genów R zapewnia roślinom całkowitą odporność na konkretny patotyp patogenu. Produkt genu R wchodzi w reakcję pośrednią lub bezpośrednią z produktem genu awirulencji (gen avr) obecnego w genomie organizmu atakującego rośliny. Ten mechanizm obronny określany jest jako odporność "gen na gen". Efektem reakcji między produktem genu R a produktem genu avr jest reakcja nadwrażliwości, obumarcie zainfekowanego fragmentu tkanek i uniemożliwienie patogenowi dalszego rozprzestrzeniania. miRNA (mikroRNA) – jednoniciowe cząsteczki RNA o długości ok. 21-23 nukleotydów, regulujące ekspresję innych genów. miRNA kodowane są przez genom komórki, jak normalne geny, i transkrybowane przez RNA polimerazę II, tak samo, jak mRNA. Prekursorem są niewielkie RNA, o strukturze spinki do włosów, które ulegają obróbce podobnie do siRNA. Wchodzą w skład kompleksów rybonukleoproteinowych blokujących specyficznie translację mRNA i nadają im specyficzność. W odróżnieniu od siRNA, miRNA nie posiadają 100%-owej identyczności sekwencji do docelowego mRNA. miRNA są zaangażowane w negatywną regulację ekspresji genów podczas rozwoju; ocenia sie, ze biorą udział w regulacji 30% ludzkich genów. Są mediatorami mechanizmu interferencji z translacją mRNA (RNAi).

    Transkryptom jest to zestaw cząsteczek mRNA lub ogólniej transkryptów obecny w określonym momencie w komórce, grupie komórek lub organizmie. Transkryptom w przeciwieństwie do genomu jest tworem bardzo dynamicznym. Komórki w odpowiedzi na różne czynniki uruchamiają i wyłączają transkrypcję genów, zmieniając w ten sposób swój transkryptom. Często już kilka minut po zadziałaniu jakiegoś czynnika (np. stresu) na komórki można obserwować powstawanie transkryptów genów reakcji na ten czynnik.

    c-Fos – komórkowy protoonkogen, należący do genów wczesnej odpowiedzi komórkowej. Koduje czynnik transkrypcyjny FOS, który (podobnie jak pozostałe białka z rodziny Fos - FosB, Fra-1 i Fra-2) zawiera motyw suwaka leucynowego umożliwiający im tworzenie z białkami z rodziny Jun, a także Maf, Nrl oraz ATF, heterodimerów funkcjonujących jako jądrowy czynnik transkrypcyjny AP-1 (ang. activator protein-1). Transkrypcja genu c-fos wzrasta pod wpływem różnorodnych czynników stresowych (promieniowanie UV, stres oksydacyjny, metale ciężkie).

    Geny homeotyczne, geny homeoboksowe (ang. homeobox genes, z gr. ηομεος = podobny) – grupa genów kontrolujących rozwój morfologiczny poszczególnych części ciała w początkowych stadiach rozwoju zarodkowego, zarówno u bezkręgowców jak i kręgowców. Mutacje w obrębie tych genów zazwyczaj nie wpływają negatywnie na układ segmentów ciała, ale prowadzą do stanu określanego mianem homeosis, w którym określony segment zostaje zastąpiony przez inny. Wynika to z tego, że w przypadku takiej mutacji niektóre komórki otrzymały w czasie rozwoju zarodka błędną informację pozycyjną i dlatego zachowują się w niewłaściwy dla siebie sposób. Geny homeotyczne niższych bezkręgowców oznacza się HOM, u wtóroustych – Hox, a u człowieka – HOX. Zamek leucynowy (suwak leucynowy) – trójwymiarowy białkowy motyw strukturalny łączący ze sobą białkowe helisy α. Zamki leucynowe stanowią często fragment białek wiążących DNA w różnych czynnikach transkrypcyjnych, a zatem biorą udział w regulacji ekspresji genów. Spotyka się je zarówno w prokariotycznych, jak i w eukariotycznych białkach regulatorowych, przy czym u tych drugich są znajdowane częściej. Rodzina bZip czynników transkrypcyjnych oprócz zamka leucynowego zawiera region zasadowy, który poprzez wiązania wodorowe oddziałuje z większym rowkiem cząsteczki DNA.

    Integron – element genetyczny obecny w genomie bakterii zdolny do włączania dodatkowych genów w wyniku umiejscowionej rekombinacji. Nazwa może być stosowana zarówno do genu kodującego specyficzną miejscowo rekombinazę, jak i do struktury składającej się z genu integrazy wraz z kasetą genową, czyli przenoszonych genów oraz promotora transkrypcji, umożliwiającego ekspresję przeniesionych genów. Stwierdzono także istnienie integronów z kilkoma kasetami genów. Chromosom 5 – jeden z 23 parzystych chromosomów człowieka. DNA chromosomu 5 liczy około 181 milionów par nukleotydów, co stanowi około 6% materiału genetycznego ludzkiej komórki. Chromosom 5 jest jednym z największych ludzkich chromosomów, ale stosunkowo mało genów ma swoje locus na tym chromosomie; chromosom 5 ma więc niską tzw. gęstość genów. Ma to swój wyraz w dużej liczbie niekodujących i powtarzających się sekwencji. Liczbę genów chromosomu 5 szacuje się na 900-1 300.

    Dodano: 29.04.2010. 19:12  


    Najnowsze