Badanie znaczenia konfliktu komórkowego w przebiegu chorób i rozwoju
Konflikty są naturalną częścią życia. Umiejętność unikania i rozwiązywania ich nabywamy wcześnie w życiu i ćwiczymy ją na co dzień. „Konflikty są jednak nie tylko zjawiskiem społecznym występującym wśród ludzi”, mówi Stephan Hamperl(odnośnik otworzy się w nowym oknie) z Instytutu im, Helmholtza w Monachium(odnośnik otworzy się w nowym oknie) w Niemczech, koordynator projektu ConflictResolution. „Mogą również występować wewnątrz naszego ciała, w naszych komórkach”.
Badanie konfliktów transkrypcyjno-replikacjnych
Tak zwane maszyny molekularne działają w różnych punktach naszych chromosomów, wykonując swoje funkcje. Zespół projektu ConflictResolution, finansowany ze środków Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych(odnośnik otworzy się w nowym oknie), postanowił zbadać, w jaki sposób są regulowane i koordynowane dwa z tych mechanizmów - transkrypcja umożliwiająca odczyt informacji o genach i replikacja DNA w celu powielenia genomu. „Badania sugerują, że istnieją mechanizmy fizycznie oddzielające oba te istotne procesy i pozwalające na zapobieganie konfliktom transkrypcyjno-replikacyjnym”, dodaje Hamperl. „Wiemy jednak, że separacja nie jest absolutna, a niektóre regiony genomu stanowią swoiste punkty zapalne, w których często spotykają się oba te mechanizmy”. Podobnie jak w przypadku konfliktów społecznych, których niewłaściwe rozwiązanie może prowadzić do wielkich szkód, konflikty komórkowe niczym się nie różnią pod tym względem. Konflikty transkrypcyjno-replikacyjne są istotnym źródłem niestabilności, potencjalnie będącym przyczyną nowotworów, starzenia się i chorób neurologicznych.
Nowe narzędzia do badania konfliktów komórkowych
Aby lepiej zrozumieć te zjawiska, Hamperl zbudował układ reporterowy pozwalający na identyfikację kontaktów między mechanizmami transkrypcji i replikacji. W ramach projektu ConflictResolution badacz wykorzystał tę technikę jako punkt wyjścia do bardziej szczegółowego zbadania wpływu tych kolizji na integralność DNA, aby na tej podstawie wskazać czynniki białkowe wymagane do ich rozwiązania i przezwyciężenia. „W ramach projektu ConflictResolution poszerzyliśmy zestaw narzędzi do badania konfliktów komórkowych w genomie raka piersi”, wyjaśnia Hamperl. „Genomy nowotworowe charakteryzują się nieprawidłowymi profilami transkrypcji i replikacji, które mogą prowadzić do nieplanowanych konfliktów i przyczyniać się do patologicznej transformacji komórek”. W ramach projektu badacze opracowali system pozwalający na mapowanie miejsc kolizji i identyfikacji powiązanych zmian genetycznych w modelu komórkowym raka piersi. Zbadali również in vivo występowanie konfliktów podczas wczesnego rozwoju embrionalnego, aby określić ich wpływ na przekształcanie komórek podczas rozwoju i różnicowania komórkowego.
Molekularne mechanizmy transkrypcji i replikacji
Badaczom udało się dokonać szeregu przełomowych odkryć. „Odkryliśmy między innymi potranslacyjną modyfikację histonów - metylację H3K79, która występuje w miejscach, w których doszło do konfliktów. To odkrycie może stanowić istotną wskazówkę dotyczącą ich rozwiązania”, mówi Hamperl. „Znaleźliśmy również 88 nowych czynników, które znajdują się w miejscach występowania konfliktów. Wśród nich udało nam się bardziej szczegółowo scharakteryzować czynnik o nazwie CGGBP1 (ang. CGG-trinucleotide repeat binding factor 1). Jest to czynnik zwalczający struktury DNA destabilizujące genom i wynikające z nich konflikty”. Hamperl odkrył również, że komórki pluripotencjalne - komórki, które mogą rozwijać się w wiele różnych rodzajów komórek lub tkanek - słabo koordynują mechanizmy transkrypcji i replikacji i wykazują wysoki poziom konfliktów. „To cecha molekularna, która zanika po różnicowaniu w bardziej wyspecjalizowane typy komórek”, wyjaśnia. „To wskazuje, że różne rodzaje komórek różnią się pod względem zdolności do rozwiązywania konfliktów”. Wszystkie te odkrycia umożliwiły potwierdzenie, że konflikty transkrypcyjno-replikacyjne są częstym źródłem niestabilności genetycznej i epigenetycznej oraz podkreśliło znaczenie rozwiązywania tych konfliktów dla zdrowia komórkowego. Odkrycia te mogą stanowić prawdziwy przełom. „Korzystając z narzędzi analitycznych opracowanych w ramach projektu ConflictResolution, możemy zacząć wypełniać istotną lukę w naszej wiedzy”, dodaje Hamperl. „Możemy badać mechanizmy molekularne, które koordynują transkrypcję z procesami replikacji i ujawniają szlaki, poprzez które TRC wpływają na funkcjonowanie komórek”. Może to pomóc badaczom takim jak Hamperl lepiej zrozumieć postęp choroby i ostatecznie doprowadzić do nowych metod leczenia.
