Historie sukcesu RTD - Badanie sekretów funkcjonowania komórek
Materiał niegenetyczny to materiał, który nie stanowi części chromosomów (łańcuchów zlokalizowanych wewnątrz jądra komórkowego, zawierających geny). Geny to natomiast sekwencje kwasów nukleinowych, zawierające informacje na temat budowy i funkcjonowania organizmów żywych. Celem projektu Epicentromere, który ukończono w marcu 2012 roku, było zbadanie działania komórek oraz znalezienie odpowiedzi na pytania związane z dziedziczeniem - co dokładnie jest dziedziczone oraz w jaki sposób? Przełomowym osiągnięciem uczestników projektu było pogłębienie naszej wiedzy na temat mechanizmów "wyłączania" genów. Implikacje tego odkrycia na poziomie komórkowym mogą być ogromne, ułatwiając naukowcom lepsze zrozumienie sposobów kontrolowania ekspresji genowej. Podstawowym celem naszych prac, tłumaczy dr Lars Jansen, koordynator projektu, było znalezienie sposobów lepszego kontrolowania nieprawidłowej ekspresji genów, mającej miejsce np. w przypadku nowotworów. "Obecnie jasne jest, że do powstania nowotworu nie jest niezbędne pojawienie się zmutowanego genu", dodaje Jansen. "Wystarczy, że istnieje defekt przełączników zlokalizowanych w górnej części genu". Innymi słowy, możliwe jest pojawianie się usterek w "maszynerii" kontrolującej geny. Nowa generacja Przez wiele lat naukowcy sądzili, że geny przekazywane są wyłącznie z rodziców na potomstwo, a DNA (kwas deoksyrybonukleinowy, dzięki któremu kodowane są instrukcje genetyczne, dotyczące rozwoju i funkcjonowania organizmów żywych) jest jedynym nośnikiem informacji genetycznej. Uważano, że wszystko inne jest efektem działania genów. "Powyższe poglądy od jakiegoś czasu uległy ewolucji, gdyż coraz powszechniej sądzi się, że, muszą istnieć inne czynniki", tłumaczy dr Jansen. "Komórki ulegające podziałom, budujące np. mięśnie czy neurony, różnią się przeznaczeniem i kształtem. Podczas podziału komórki te przekazują swe DNA, jednak muszą także przekazywać inne informacje, gdyż wszystkie komórki posiadają te same geny. Musi zatem istnieć coś, co przekazuje komórkom informacje o tym, że będą na przykład budować mięśnie. Obecnie wiemy już, że chociaż komórki zawierają wszystkie geny, nie wszystkie geny są zawsze aktywne. Przykładowo, w komórce budującej mięsień gen związany z budową wątroby jest nieaktywny. "Muszą zatem istnieć molekuły, które kontrolują tożsamość komórek, tak zwane przełączniki", mówi dr Jansen. "Nowością jest wiedza o tym, że wyłączony gen nie aktywuje się w przyszłości; jest to właściwość dziedziczona". Celem projektu Epicentromere było zbadanie mechanizmów, dzięki którym powyższe informacje są przekazywane. Zamiast jednak badać geny, uczestnicy projektu skupili się na centromerach, stanowiących część chromosomów (długich łańcuchów DNA, zlokalizowanych w jądrze komórkowym, zawierających wszystkie informacje o żywym organizmie), kontrolujących funkcjonowanie komórek. Uczestnicy projektu Epicentromere odkryli, że o położeniu centromerów decydują specyficzne białka, a nie bezpośrednio łańcuch DNA, jak ma to miejsce w przypadku genów. Naukowcy pragnęli dowiedzieć się co sprawia, że powyższa grupa białek jest dziedziczona. Używając mikroskopów fluorescencyjnych zespół projektowy badał co dzieje się z białkami podczas podziału komórki. Dr Jansen odkrył, że w czasie podziału komórki dzielą się nie tylko geny, ale także białka znajdujące się w centromerze. Pojawia się zatem następujące pytanie: jeśli na przykład na początku mamy dziesięć białek, z których po podziale pozostaje pięć, to jak długo może trwać ten proces, zanim białka się wyczerpią? Dr Jansen podejrzewał, że musi istnieć mechanizm umożliwiający nie tylko podział białek, ale także odtwarzanie ich i umieszczanie ich w odpowiednim miejscu. Ważne dziedzictwo Jest to tak zwane dziedziczenie epigenetyczne, czyli dziedziczenie na poziomie wyższym, niż geny. Oznacza to, że za dziedzicznymi zmianami w ekspresji genowej stoją inne mechanizmy, niż te, które powodują zmiany sekwencji DNA. Uczestnicy inicjatywy Epicentromere przeprowadzili udane badania dzięki temu, że udało im się zgłębić mechanizmy umożliwiające komórkom pozyskiwanie nowych białek. Pozyskiwanie białek musi mieć miejsce tylko raz podczas cyklu komórkowego - w przeciwnym wypadku byłoby zbyt mało lub zbyt dużo białek, co spowodowałoby błędne funkcjonowanie mechanizmów, którymi białka te sterują. "Odkryliśmy, że powyższe zjawisko ma miejsce po podziale komórki, a ponadto zrozumieliśmy sposób sterowania nim", twierdzi dr Jansen. "Udało nam się zidentyfikować łącznik (molekułę wiążącą), który pasuje zarówno do nowego, jak i do starego białka. Dzięki temu cząsteczka może zagwarantować, że stare białka jest zastępowane nowym w odpowiednim miejscu i czasie". Uczestnikom projektu Epicentromere udało się dowieść, że dziedziczone jest nie tylko DNA oraz, co istotne, zrozumieć mechanizmy czaso-przestrzennego sterowania tym dziedziczeniem. Jest to ważny krok na drodze do zrozumienia roli systemu epigenetycznego. - Pełna nazwa projektu: Determining the epigenetic mechanism of centromere propagation - Akronim projektu: Epicentromere - Numer referencyjny projektu: 224874 - Nazwa/kraj pochodzenia koordynatora projektu: Fundacao Calouste Gulbenkian, Portugalia – Całkowity budżet projektu: 100 000 eur - Wsparcie UE: 100 000 eur - Data rozpoczęcia/zakończenia projektu: Od kwietnia 2008 do marca 2012