Rola telomerów w postmitotycznej budowie jądra
Genom, zawierający instrukcje DNA, dzięki którym powstaje organizm, przechowywany jest w jądrze komórkowym. Otoczka jądrowa, czyli błona otaczająca jądro i oddzielająca je od reszty komórki, odgrywa kluczową rolę w sprawnej organizacji genomu. Sam genom składa się z liniowych chromosomów zawierających ładunek genetyczny, z których każdy jest „przytrzymywany” ochronnymi strukturami zwanymi telomerami. Działają one jak zegar molekularny. Wyznaczają one proces starzenia się, ponieważ skracają się w miarę podziału komórek, aż do osiągnięcia krytycznego rozmiaru, kiedy to podziały komórkowe ustają. Celem finansowanego ze środków UE projektu TeloHOOK było zbadanie roli, jaką telomery mogą odgrywać w rozmieszczeniu chromosomów w jądrze komórek ludzkich, a więc ich wpływu na starzenie się i choroby. Jak wyjaśnia koordynatorka projektu Laure Crabbe: „W organizmach takich jak drożdże i robaki telomery są »zakotwiczone« do otoczki jądrowej. Nie było jasne, czy działo się to również u ludzi i z jakim skutkiem”. Zespół projektu TeloHOOK opracował nową technikę do mapowania interakcji białko-DNA, MadID, która pomogła w zidentyfikowaniu białek zaangażowanych w wiązanie telomerów z otoczką jądrową. Linia komórkowa o zmodyfikowanym genomie pozwoliła zespołowi na mikroskopowe śledzenie dynamiki telomerów i jej komputerowe modelowanie. „Techniki te pozwoliły nam odkryć nieznaną wcześniej rolę, jaką telomery odgrywają w mitozie komórek i rzucić światło na to, co dzieje się, gdy coś idzie nie tak”, podsumowuje Crabbe, była pracowniczka Francuskiego Narodowego Centrum Badań Naukowych, będącego gospodarzem projektu. Technika MadID została udostępniona społeczności badawczej, wraz z potrzebnymi plazmidami.
Śledzenie charakterystycznych białek
Zespół projektu TeloHOOK był szczególnie zainteresowany poszerzeniem wiedzy na temat wpływu interakcji między telomerami i otoczką jądrową komórki na mitozę lub podział komórki, zwłaszcza etap zwany „postmitotyczną budową jądra”. Nowo opracowaną przez zespół technikę identyfikacji metyloadeniny (ang. Methyl Adenine Identification, MadID) najpierw zmapowano w wysokiej rozdzielczości w miejscach kontaktu telomerów z otoczką jądrową. Następnie przy pomocy spektrometrii masowej zespół zidentyfikował specyficzne białka zaangażowane w interakcję telomerów z otoczką jądrową oraz te, które wydawały się być związane z telomerami podczas procesu „postmitotycznej budowy jądra”. Aby szczegółowo zbadać organizację telomerów w jądrze, zespół wykorzystał połączenie mikroskopii żywych komórek i super rozdzielczości oraz modelowania trójwymiarowego. Za pomocą metody CRISPR-Cas9 oznaczyli białko, które specyficznie wiąże się z telomerami, używając sondy fluorescencyjnej, dzięki czemu telomery można śledzić w żywych komórkach za pomocą mikroskopii konfokalnej Airyscan. Możliwość śledzenia ich ruchu pozwoliła naukowcom na badanie i modelowanie ich działania. „https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.12.22.521599v1 (Odkryliśmy), że po pęknięciu otoczki jądrowej komórki, mającym na celu uwolnienie jej chromosomów podczas mitozy, telomery wydają się stymulować jej odbudowę”, wyjaśnia Crabbe. Zespół był również zainteresowany tym, co dzieje się w przypadku naruszenia integralności otoczki jądrowej, badając zespół progerii Hutchinsona-Gilforda (ang. Hutchinson-Gilford progeria syndrome, HPGS). „Zaobserwowaliśmy, jak dezorganizacja telomerów w jądrze zaburza proces utrzymania komórek, przyspieszając skracanie telomerów, co wywołuje biologiczne aspekty starzenia się, zwykle występujące później”, dodaje Crabbe.
Przyszłość podejścia „wysokie ryzyko, wysoki zysk”
Genom zorganizowany w taki sposób, aby jego instrukcje mogły być prawidłowo odczytane, jest warunkiem koniecznym dla działania komórek w każdej tkance każdego żywego organizmu. Oprócz wkładu w badania podstawowe wyniki projektu TeloHOOK mogą mieć wpływ na badania nad starzeniem się i możliwości leczenia raka i rzadkich chorób genetycznych, takich jak HGPS. Crabbe sugeruje, że niektóre z białek zidentyfikowanych w procesie badań przesiewowych, a także leżące u podstaw ich interakcji z telomerami mechanizmy, warto poddać dalszym badaniom. Jak mówi Crabbe: „Warto przyjrzeć się na przykład temu, co się stanie, jeśli białko z otoczki jądrowej, z którym wiążą się telomery podczas postmitotycznej budowy jądra, ulegnie wyczerpaniu lub nadekspresji? Tego nie wiemy”.
Słowa kluczowe
TeloHOOK, telomer, chromosom, genetyczny, komórka, jądro, mitoza, zespół progerii Hutchinsona-Gilforda, genom, DNA, starzenie się, rak