Naukowcy odkrywają tajemnicę pamięci epigenetycznej
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."Więcej informacji: Centrum Johna Innesa (JIC): http://www.jic.ac.uk/corporate/index.htm Nature: http://www.nature.com/
Kraje
Zjednoczone Królestwo