• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Naukowcy odkrywają tajemnicę pamięci epigenetycznej

    28.07.2011. 16:37
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Wyniki nowych badań brytyjskich rzucają światło na zdolność organizmu do stworzenia pamięci biologicznej zmiennego czynnika, takiego jak temperatura czy dostępność składników odżywczych. Zaprezentowane w czasopiśmie Nature odkrycia pogłębiają wiedzę na temat mechanizmów pamięci, którą eksperci nazywają rodzajem "przełącznika biologicznego" oraz dziedziczenia jej przez potomstwo. Badania przeprowadzone przez naukowców z Centrum Johna Innesa (JIC) zostały częściowo dofinansowane z projektu ENVGENE (Analiza kształtowanego środowiskowo wyciszania epigenetycznego), który otrzymał grant Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych (ERBN) dla doświadczonych naukowców o wartości 2,45 mln EUR z budżetu Siódmego Programu Ramowego (7PR) UE.

    "Istnieje niewiele znanych nam obecnie przykładów, w których aktywność genów może znaleźć się w perspektywie długofalowej pod wpływem czynników środowiskowych" - wyjaśnia naczelny autor, profesor Martin Howard z Wydziału Biologii Obliczeniowej i Biologii Systemów JIC. "W niektórych przypadkach środowisko danego osobnika może faktycznie wpłynąć na biologię fizjologii potomstwa bez zmiany sekwencji genomu."

    Wyniki wcześniejszych badań wskazywały, że dzieci i wnuki, których dziadkowie zmagali się z poważnymi niedoborami żywności narażone są na wyższe ryzyko chorób sercowo-naczyniowych i cukrzycy, co potencjalnie może wyjaśniać pamięć epigenetyczna. Brakującą częścią układanki stanowiło jednak wyjaśnienie sposobu budowania przez poszczególne osobniki "pamięci" zmiennych warunków. I tutaj do akcji wkraczają badania JIC prowadzone pod kierunkiem profesora Howarda i profesor Caroline Dean z Wydziału Biologii Komórki i Biologii Rozwoju.

    Zespół z JIC oparł się na zdolności roślin do "zapamiętywania" długości mroźnej pory zimowej, aby móc rozpoczynać proces kwitnienia w takim momencie, by zapylanie, wzrost, rozsiewanie nasion i kiełkowanie następowały w jak najdogodniejszym czasie.

    "Wiedzieliśmy już całkiem sporo na temat genów biorących udział w kwitnieniu i było oczywiste, że zimą dzieje się coś, co wpływa na czas kwitnienia, odpowiednio do długości mroźnego okresu" - mówi profesor Howard.

    Naukowcy wykorzystali połączenie modelowania matematycznego i analizy eksperymentalnej, aby odkryć system, za pomocą którego ważny gen, zwany FLC, jest całkowicie wyłączany lub włączany w danej komórce i jej potomstwie.

    Zdaniem zespołu tym więcej komórek będzie mieć gen FLC stale ustawiony w pozycji wyłączonej im dłuższy jest mroźny okres, doprowadzając do opóźnienia procesu kwitnienia. Naukowcy informują, że to zjawisko jest nazywane pamięcią epigenetyczną.

    Choć pamięć epigenetyczna objawia się na różne sposoby, eksperci twierdzą że kluczowa forma zawiera histony - białka, wokół których może owijać się kwas dezoksyrybonukleinowy (DNA). Histony mogą być nosicielami specyficznych modyfikacji chemicznych, które mogą z kolei oddziaływać na ekspresję pobliskich genów, włączając je lub wyłączając. Komórki potomne mogą odziedziczać te modyfikacje, podobnie jak potomstwo komórek, które tworzą gamety (dojrzałe, płciowe komórki rozrodcze).

    Opracowany przez naukowców model pozwolił przewidzieć, że w każdej komórce gen FLC powinien być albo całkowicie włączony albo wyłączony z niewielką częścią komórek przełączających się w stan wyłączenia w czasie dłuższych okresów zimna.

    Współautor dr Jie Song, członek grupy profesor Dean, odkrył że białka histonowe w pobliżu genu FLC ulegają modyfikacji w okresach zimna, odpowiadając zatem za wyłączanie genu.

    Wypowiadając się na temat wyników badań, profesor Douglas Kell z Rady Badań Biotechnologicznych i Biologicznych (BBSRC), która również częściowo współfinansowała badania, informuje: "Prace te nie tylko pogłębiają naszą wiedzę o tym zjawisku, które ma kluczowe znaczenie dla bezpieczeństwa żywnościowego w przyszłości - okres kwitnienia zgodny ze zmianami klimatu - ale również odkrywają istotny mechanizm, który funkcjonuje w całej biologii."

    Za: CORDIS

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Pamięci dwu portowe - to specjalne pamięci RAM, które umożliwiają dwóm niezależnym procesom (kontrolerom pamięci) dostęp do wspólnych danych. Pamięć ta ma dwa oddzielne zestawy linii adresowych, danych i sterujących. Jeżeli jeden port zapisuje do danej komórki pamięci to drugi nie może adresować tej samej komórki (zarówno w celach zapisu jak i odczytu). Pamięć epizodyczna - system pamięci długotrwałej, inaczej pamięć zdarzeń. Przechowuje epizody, czyli ślady pamięciowe na temat zdarzeń, posiadających swoją lokalizację przestrzenną i czasową. W tym systemie pamięci przechowywane są także informacje na temat wzajemnych relacji między zdarzeniami. ZISC (ang. Zero Instruction Set Computer) – technologia oparta na pomysłach wziętych ze sztucznej sieci nerwowej. Pomysł został wynaleziony przez Guya Pailleta oraz został przez niego rozwinięty razem z dr. Pascalem Tannhofem z IBM. Pierwsza generacja chipu ZISC zawiera 36 niezależnych komórek, które mogą być uważane za neurony lub równoległe procesory. Każda z nich może porównać wektor wejściowy, którego rozmiar może osiągnąć do 64 bajtów z podobnym wektorem przechowywanym w komórkach pamięci. Jeśli wektor wejściowy odpowiada wektorowi w komórce pamięci to komórka ta „wypala”. Sygnał wyjściowy zawiera komórki, która miała dopasowanie, jak również znacznik który mówi, że nie wystąpiło dopasowanie.

    Automat liniowo ograniczony (ang. linear bounded automaton) to ograniczona wersja maszyny Turinga, która podczas obliczenia na słowie wejściowym długości n może wykorzystać jedynie O(n) komórek taśmy. Innymi słowy, dostępna pamięć jest funkcją liniową od długości wejścia. Można także powiedzieć, że może ona w trakcie działania wykorzystywać tylko te komórki na taśmie, w których zapisane jest słowo wejściowe. Pamięć ejdetyczna (gr. είδος - to, co jest widziane), pamięć fotograficzna, wyobraźnia ejdetyczna to zdolność odtwarzania złożonych obrazów, dźwięków i innych obiektów z bardzo dużą dokładnością, którą według niektórych badań dysponują nieliczne osoby. Pamięć ejdetyczna była badana przez takich psychologów jak Erich Jaensch i Aleksander Łuria, opisywana przez Habera.

    Pamięć górna (ang. Upper Memory Area) – obszar pamięci w systemie MS-DOS pracującym w trybie rzeczywistym lub wirtualnym 86, obszar pamięci o adresie między 640 kB 1 MB (0xA0000 - 0xFFFFF). Obszar ten jest wykorzystywany przez kartę graficzną, inne urządzenie i BIOS, część pamięci pozostaje niewykorzystana przez system. W obszarach niewykorzystanych pierwotnie przez system DOS, system może rezerwować bloki pamięci zwane UMB i w nich umieszczać sterowniki karty graficznej, karty sieciowej i innych składników sprzętowych, w obszary te może być mapowana pamięć spoza przestrzeni adresowej dostępnej w trybie rzeczywistym lub mogą być używane przez programy uruchamiane w DOS. 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.

    Pamięć niedeklaratywna - rodzaj pamięci zaproponowanej przez Larry Squire w 1986 r. Pamięć niedeklaratywna gromadzi wiedzę o tym jak wykonywać czynności. Jeżdżenie na rowerze, taniec, chodzenie, mówienie itp. wymagają zapamiętania wielu doświadczeń i informacji - przechowywane są one właśnie w systemie pamięci niedeklaratywnej. Ten rodzaj pamięci różni się istotnie od pamięci deklaratywnej, która przechowuje informacje językowe i abstrakcyjne. RAM (ang. Random Access Memory – pamięć o dostępie swobodnym) – podstawowy rodzaj pamięci cyfrowej. Choć nazwa sugeruje, że oznacza to każdą pamięć o bezpośrednim dostępie do dowolnej komórki pamięci (w przeciwieństwie do pamięci o dostępie sekwencyjnym, np. rejestrów przesuwnych), ze względów historycznych określa ona tylko te rodzaje pamięci o bezpośrednim dostępie, w których możliwy jest wielokrotny i łatwy zapis, a wyklucza pamięci ROM (tylko do odczytu) i EEPROM których zapis trwa znacznie dłużej niż odczyt, pomimo iż w ich przypadku również występuje swobodny dostęp do zawartości.

    Pamięć genetyczna – ogólna nazwa na szereg procesów w biologii i psychologii, w wyniku których materiał genetyczny używany jest do składowania i przenoszenia biologicznej struktury organizmu czy instynktu, zapewnia istnienie ciągłości genetycznej minionych i żyjących pokoleń.

    Ochrona pamięci (ang. memory protection) dotyczy sposobów kontroli praw dostępu do pamięci komputera i stanowi integralną część większości nowoczesnych systemów operacyjnych. Podstawowym celem ochrony pamięci jest uniemożliwienie procesowi dostępu do obszaru pamięci, który nie został mu przydzielony. Zapobiega to przypadkom, w których proces może zakłócić pracę innego procesu lub pracę nadzorującego systemu operacyjnego.

    Pamięć deklaratywna – jeden z rodzajów pamięci długotrwałej, wyróżniany obok pamięci niedeklaratywnej. W literaturze przedmiotu obecne jest także pojęcie "pamięć jawna" lub "pamięć świadoma", jako synonim pamięci deklaratywnej. Dzieje się tak, ponieważ dane z pamięci deklaratywnej mogą być stosunkowo łatwo wydobyte i uświadomione w odróżnieniu od danych gromadzonych przez pamięć niedeklaratywną ("pamięć nieświadomą" lub "pamięć niejawną"). Pamięć stronicowana (ang. paged memory) — pamięć operacyjna fizycznie podzielona na jednakowej długości obszary nazywane ramkami. Zawartość każdej z ramek nosi nazwę strony. Adresowanie odbywa się za pomocą tablicy stron (również przechowywanej na stronach), której adres jest pamiętany w rejestrze bazowym tablicy stron. Dzięki zmianom zawartości tego rejestru przy przełączaniu kontekstu procesu możliwe jest wydzielenie każdemu procesowi odrębnej przestrzeni adresowej i uniemożliwienie dostępu do stron pamięci należących do innych procesów.

    Plastyczność fenotypowa – zdolność jednego genotypu do wytworzenia kilku alternatywnych fenotypów. O fenotypie wspólnie z genotypem decydują czynniki środowiskowe. Zmiana warunków środowiska może także prowadzić do zmiany fenotypu. Plastyczność fenotypowa jest jednym z podstawowych mechanizmów adaptacji i obejmuje szereg zmian morfologicznych, fizjologicznych i behawioralnych, obserwowanych u wielu organizmów. Zjawisko jest przedmiotem badań wielu dziedzin biologi, w tym genetyki, genomiki, biologii ewolucyjnej, ekologii, fizjologii i biologii rozwoju. Jest szeroko rozpowszechnione w przyrodzie i w różny sposób może wpływać na tempo ewolucji, przyspieszając ją, spowalniając lub nie zmieniając tempa zmian ewolucyjnych. 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).

    Dodano: 28.07.2011. 16:37  


    Najnowsze