• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Recykling genów odgrywa ważną rolę w zapobieganiu chorobom

    22.05.2009. 15:11
    opublikowane przez: Maksymilian Gajda

    Recykling na świecie ma kluczowe znaczenie dla zrównoważonego środowiska i przywodzi na myśl papier, aluminium i szkło. A czy może także odgrywać rolę w świecie komórkowym? Niemiecki zespół naukowców twierdzi, że powinien przede wszystkim dlatego, że molekuły są zazwyczaj dostępne w ograniczonych ilościach. Naukowcy z Europejskiego Laboratorium Biologii Molekularnej (EMBL) oraz z Uniwersytetu w Heidelbergu odkryli mechanizm recyklingu białka, który potrafi chronić człowieka przed chorobami genetycznymi. Ich odkrycia zostały opisane w czasopiśmie Cell.

    Zespół badaczy znalazł mocny punkt oparcia opisując recykling kluczowego znacznika molekularnego, który gwarantuje prawidłowe wykonanie instrukcji zakodowanych w naszych genach. Przełomowe odkrycie pomaga rozwikłać tajemnicę sposobu na jak najlepsze zapobieganie chorobom genetycznym.

    Zdaniem naukowców transfer informacji z genu do białka w komórkach człowieka ma zasadnicze znaczenie, niemniej w czasie tego procesu może wystąpić wiele błędów. Z kolei błędy mogą prowadzić do stanów chorobowych, dlatego w procesie tym występuje szereg mechanizmów kontrolnych.

    Mechanizm NMD (ang. nonsense-mediated decay) opiera się na znaczniku molekularnym dołączonym do matrycowego RNA (kwasu rybonukleinowego), który zdaniem naukowców stanowi pośredni etap w transferze z DNA (kwasu dezoksyrybonukleinowego) do białka.

    Znacznik molekularny, białka tworzące kompleks EJC (ang. exon-junction complex), informuje mechanizm NMD o istnieniu wadliwego RNA, które należy zniszczyć ze względu na potencjalne zagrożenie. W sumie komórka musiałaby oznaczyć około 400.000 miejsc z kompleksem EJC, posiadając jedynie 10.000 kopii jednego z komponentów markera. W skrócie, im szybciej kompleksy EJC ulegną rozpadowi tym lepiej, aby ich komponent można było poddać recyklingowi.

    Dzięki swojej pracy naukowcy byli w stanie odkryć, że białko PYM jest w stanie rozłożyć i ponownie wykorzystać kompleksy EJC.

    "Uzyskane przez nas wyniki były bardzo zaskakujące" - wyjaśnił członek zespołu, dr Niels Gehring. "Wszyscy założyli, że rybosomy, duże struktury służące do produkcji białek, po prostu rozbijają kompleksy EJC w miarę przesuwania się" - dodał. "Teraz wiemy, że to niezupełnie tak się odbywa, ponieważ bez PYM rozkładanie kompleksu EJC jest upośledzone."

    PYM wiąże się powszechnie z rybosomami pomimo faktu, że występują one samodzielnie w komórce - zdaniem naukowców. Ta zależność pomaga lepiej zrozumieć powód i sposób usuwania kompleksów EJC przez przechodzące rybosomy oraz może pomagać w tym, aby nie zostały one usunięte zbyt szybko - wykazali naukowcy.

    Zbyt wczesne usunięcie kompleksów EJC naraziłoby na niebezpieczeństwo NMD, ponieważ brakowałoby markerów niezbędnych do kierowania mechanizmem "korekty". "To z kolei mogłoby mieć dalsze konsekwencje, gdyż NMD ma wpływ na sposób, w jaki objawiają się choroby takie jak talasemia, dystrofia mięśniowa Duchenne'a oraz mukowiscydoza" - informuje zespół.

    Matthias Hentze, zastępca dyrektora EMBL powiedział: "Nowe informacje uzupełniają poważną lukę w podstawowej wiedzy na temat witalnych procesów komórkowych. Mają również znaczenie pod względem medycznym. Ostatecznie chcielibyśmy poznać sposoby farmakologicznego modulowania NMD, aby wpływać na rozwój i przebieg chorób genetycznych."

    Źródło: CORDIS

    Więcej informacji:

    EMBL
    http://www.embl-heidelberg.de/

    Uniwersytet w Heidelbergu
    http://www.uni-heidelberg.de/index_e.html

    Cell
    http://www.cell.com/

    Źródło danych: Europejskie Laboratorium Biologii Molekularnej (EMBL); Cell
    Referencje dokumentu: Gehring N.H., et al. (2009) Disassembly of exon junction complexes by PYM. Cell 137:536-48; DOI: 10.1016/j.cell.2009.02.042.

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Biologia strukturalna – dziedzina biologii znajdująca się na pograniczu biologii molekularnej, biochemii oraz biofizyki, zajmująca się badaniem przestrzennej struktury dużych biocząsteczek, takich jak białka i kwasy nukleinowe. Badania te mają podstawowe znaczenie dla wyjaśnienia mechanizmu większości procesów zachodzących w komórce takich jak oddychanie komórkowe czy obróbka informacji genetycznej, ponieważ zaangażowane są w nie cząsteczki białek, których funkcja jest ściśle powiązana z ich budową. Wyciszenie genów w skrócie PTGS. Zwane jest również interferencją RNA.Ważną rolę odgrywa w nim dwuniciowy RNA (dsRNA), który pocięty jest na krótkie odcinki, zwane siRNA (small interfering RNA).Odcinki te mają długość 20 – 25 nukleotydów oraz te są komplementarne do określonych fragmentów mRNA. Dwuniciowy fragment RNA musi być dłuższy niż 200 nukleotydów. Następnie fragmenty RNA – siRNA, które w komórce zostały pocięte przez enzym Dicer łączą się w kompleksy z komponentami białkowymi i tworzą kompleks wyciszający RISC. Kolejnym etapem jest połączenie nici siRNA z fragmentem mRNA, dzieje się to dzięki reakcjom między między nukleotydami siRNA a mRNA. Dochodzi do degradacji mRNA i jego rozpadu, a tym samym wyciszenia genu. Zjawisko interferencji zostało odkryte niedawno, jednak jest powszechnie wykorzystywane. Komórka przykłębuszkowa (ang. juxtaglomerular cell lub JG cell, zwana także komórką ziarnistą, ang. granular cell). Komórka ta jest zmodyfikowanym miocytem gładkim błony środkowej tętniczki doprowadzającej (w mniejszej ilości również tętniczki odprowadzającej) kłębuszków nerki. Komórka przykłębuszkowa przedstawia typowy obraz komórki syntetyzującej i wydzielającej: dobrze rozwinięte wszystkie struktury cytoplazmatyczne, dobrze rozwinięty aparat Golgiego i retikulum endoplazamatyczne szorstkie, wiele ziarnistości wydzielniczych, natomiast niewiele elementów kurczliwych (miofibryli). Główną zawartością dojrzałych i niedojrzałych ziarnistości (otoczonych błoną) stanowi renina. Komórki ziarniste pełnią również rolę baroreceptora wewnątrznerkowego (wysokociśnieniowego), który reaguje na zmianę gradientu ciśnienia miedzy płynem śródmiąższowym a ciśnieniem w tętniczce doprowadzającej. Komórki te wydzielają reninę w odpowiedzi na:

    Zespół samych komórek Sertolego (zespół del Castillo, ang. Sertoli cell-only syndrome, Del Castillo syndrome, germ cell aplasia) – rzadki zespół objawiający się niepłodnością męską. Stwierdzany na podstawie badania histopatologicznego wycinka pobranego podczas biopsji jąder. Cell division cycle 37 homolog znany też jako CDC37, to ludzki gen kodujący białko CDC37, zbliżone budową do białka Cdc37 regulującego cykl komórkowy Saccharomyces cerevisiae. Białko CDC37 należy do białek chaperonowych (opiekuńczych). Wykazano, że CDC37 tworzy kompleks z Hsp90 i wieloma kinazami białkowymi, takimi jak CDK4, CDK6, SRC, RAF1, MOK, LKB1 czy eIF-2. Przypuszczalnie odgrywa kluczową rolę, rekrutując białka kinazowe do Hsp90.

    Guz Abrikosowa, guz ziarnistokomórkowy (ang. granular cell myoblastoma, granular cell tumor, granular cell schwannoma, Abrikosoff tumor) – rzadki nowotwór o niejasnej etiologii, być może wywodzący się z osłonek nerwów. Charakterystyczna jest ekspresja genu p53. Występuje najczęściej w 4. i 5. dekadzie życia, częściej u kobiet. Najczęstsza lokalizacja to tkanki miękkie, skóra i śluzówki górnych dróg oddechowych i przewodu pokarmowego; w 40% znajduje się w przedniej części języka, druga najczęstsza lokalizacja to krtań (10%). W 10–25% przypadków guz jest mnogi. Makroskopowo rzybiera postać szerego, różowego lub żółtawego guzka średnicy najczęściej do 2 cm. Zwykle występuje pojedynczo. Najczęściej jest zmianą o charakterze łagodnym. Około 2% przypadków może przyjmować postać złośliwą, dając przerzuty do płuc i kości. Leczeniem z wyboru jest całkowita resekcja zmiany. Złośliwe postacie są wrażliwe na radioterapię. Postać łagodna nie jest promienioczuła. Białka adhezyjne (ang. CAM - Cell adhesion molecule lub ICAM - Intracellular adhesion molecule), inaczej adhezyny - białka uczestniczące w przyleganiu komórek do siebie.

    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. Kontrola translacji białek – jeden z mechanizmów regulacji ekspresji genów, który odbywa się na poziomie syntezy białek po zakończeniu transkrypcji i obróbki post-transkrypcyjnej matrycowego RNA, przed obróbką post-translacyjną białek. Poziom białka w komórce zwykle nie koreluje z ilością odpowiadającego mu matrycowego transkryptu, co zwykle objawia się zwiększeniem (kontrola pozytywna) lub zmniejszeniem (kontrola negatywna) liczby kopii białka przypadających na jedną kopię mRNA. Przyczyną obserwowanego efektu zmiany wydajności syntezy białek jest wymieniona powyżej kontrola translacji, która obok innych mechanizmów regulacji ekspresji genów takich jak:
    a) metylacja wysp CpG promotorów genów,
    b) kondensacja chromatyny (zależna od acetylacji, metylacji, fosforylacji, rybozylacji i ubikwitynacji histonów),
    c) kontrola transkrypcji,
    d) kontrola dojrzewania RNA (składania transkryptu pierwotnego),
    e) modyfikacje post-transkrypcyjne sekwencji mRNA,
    f) kontrola transportu RNA z jądra do cytoplazmy,
    g) kontrola stabilności i aktywności białka (modyfikacje post-translacyjne tj. glikozylacja, fosforylacja, ubikwitynacja), decyduje o końcowej ilości białka w komórce.

    Palladyna – białko cytoszkieletu komórki, u człowieka kodowane przez gen PALLD w locus 4q31.3. Białko zostało zidentyfikowane przez dwie niezależnie działające grupy badawcze, jedną z laboratorium Carola Oteya (w 2000) i drugą z laboratorium Olliego Carpéna (w 2001). Należy do rodziny miotyliny-miopalladyny-palladyny i może odgrywać rolę w modulacji cytoszkieletu aktynowego. W odróżnieniu od miotyliny i miopalladyny, podlegających ekspresji jedynie w mięśniach poprzecznie prążkowanych, gen palladyny przepisywany jest na białko we wszystkich komórkach mezenchymalnych. Nazwa palladyny pochodzi od architekta renesansowego Andrei Palladio.

    MLC NAND Flash (mlc - ang. multi-level cell) – technologia pamięci flash. Cechuje się wieloma stanami napięć w każdej komórce, co umożliwia zapisanie w niej więcej niż jednego bita w przeciwieństwie do pamięci typu SLC NAND flash (slc - ang. single-level cell), której komórka może znajdować się tylko w dwóch stanach przechowując jeden bit.

    Wiropeksja to sposób wirusów wnikania do komórki. Polega on na wykorzystaniu naturalnych mechanizmów komórki. W przypadku wirusa, kiedy przyłącza się on do komórki, ta "wyczuwając" znane jej białko wpuszcza agresora do cytoplazmy, dzięki czemu wirus może zaaplikować się w jej wnętrzu. Wirus ma białko takie samo jak komórka tylko na "wystających nitkach". To dzięki nim może wniknąć do środka komórki. Gdy owe "niteczki" zostaną na powierzchni komórki, w jej środku rozpoznawalne zaczyna być obce białko, które komórka niszczy. W ten sposób wirus "wpuszcza" do jądra komórkowego swój materiał genetyczny, który może się ulotnić z niszczonego przez komórkę kapsydu. Splicing alternatywny – w procesie splicingu łączenie ze sobą różnych egzonów z pre-mRNA na różne sposoby, niekoniecznie po kolei (według genu), czasem z pominięciem niektórych egzonów lub z zachowaniem niektórych intronów. W ten sposób z jednego genu może powstać więcej niż jedna cząsteczka mRNA, co jest źródłem zmienności białek. Jeśli warianty splicingowe mRNA dotyczą sekwencji kodującej, powstałe na matrycy takich mRNA białka różnią się sekwencją aminokwasową, co może powodować np. zróżnicowanie ich funkcji lub lokalizacji w komórce. Splicing alternatywny obszarów niekodujących może wpływać na obecność elementów regulatorowych w mRNA, np. sekwencji wzmacniających translację (enhancerów) czy sekwencji wpływających na stabilność mRNA, a zatem wpływać na ilość produkowanego przez komórkę białka.

    Dodano: 22.05.2009. 15:11  


    Najnowsze