Die Pirna Pathway Schützt Eizellen und Spermien aus ' Springende Gene " Das Entwicklungsfehler verursachen kann , Sterilität

Die Träger der Vererbung über Generationen hinweg - - von den Verwüstungen des transposable genetische Elemente, zwei Teams von Forschern um Professor Gregory Hannon von Cold Spring Harbor Laboratory ( CSHL ) geführt haben Studien enthüllt viele bisher unbekannte Komponenten eines angeborenen Systems , die Geschlechtszellen verteidigt veröffentlicht .

Wenn aktiviert, diese lästigen DNA-Segmente , die auch als springende Gene oder Transposons , kopieren und fügen sich nach dem Zufallsprinzip Flecken auf den Chromosomen . In Spermien und Eizellen kann die Verbreitung von Transposons besonders verheerend sein , was zu schweren Entwicklungsstörungen bei den Nachkommen sowie Sterilität. Im Laufe der Äonen der Evolution haben komplexe Organismen Mittel zur Verteidigung ihrer Keimbahn- Genom gegen Transposons , in erster Linie über eine Reihe von Mechanismen, die Wissenschaftler nennen Pirna Weg entwickelt.

Bei Tieren , umfasst dieser Weg eine Familie von Proteinen - Piwi Proteine ​​genannt - , die mit einer Vielzahl von kleinen RNA- Moleküle, so genannte Piwi- Interaktion RNAs oder piRNAs kombinieren . Seit der Entdeckung der piRNAs im Jahr 2006 haben Wissenschaftler versucht, zu verstehen, wie sie entstehen und wie sie die wesentliche Aufgabe der Unterdrückung Transposons - die reichlich obwohl in der Regel in den Genomen von fast jeder Spezies inaktiv sind.

Einige wichtige Akteure in der piRNA Weg sind bekannt , aber die meisten haben geheimnisvolle geblieben. " Das ist, warum die beiden neuen Studien aus unserem Labor sind wichtig", sagt Hannon , der auch ein Forscher des Howard Hughes Medical Institute . "Wir haben Dutzende von wesentlicher Bedeutung für die ordnungsgemäße Funktion des piRNA Pathway-Gene identifiziert , und habe schon in einigen von ihnen im Detail betrachtet. " Die Arbeit schreitet Wissen, wie der Pfad funktioniert, und bietet andere studieren die Grundlage für Inhalt füllen den Mechanismus in seiner Gesamtheit.

"Es ist ein großer Schritt in Richtung unseres Ziels erhalten die Pläne zur Rekonstruktion eines voll funktions piRNA Transposon - Silencing- Maschinen im Labor ", so Felix Muerdter , ein Ph.D. Kandidaten , die drei anderen Wissenschaftlern im Labor verbunden Hannon - Drs. Benjamin Czech , Jonathan Preall und Paloma Guzzardo - in der Durchführung der Experimente und Co -Autor der neuen Papiere .

Um die Maschinen bei der Unterdrückung Transposons wird es sein, in bisher unerreichter Genauigkeit zu verstehen, wie unsere Zellen , weiter gefasst, selektiv zu erkennen und Stille Gene aktiv montieren sein . Dieses Wissen verspricht, eine Rolle bei der Suche nach neuen Wegen , um komplexe Krankheiten mit Gen- Funktionsstörung, von Krebs bis zu spielen Schizophrenie .

Die beiden Hannon Teams führten ihre Experimente in Fruchtfliegen , die alle grundlegenden Elemente der Keimbahn- Verteidigung , dass die Menschen zu tun haben , durch die Erscheinung, die Aufrufsequenz Erhaltung Biologen . Es ist der Weg der Natur zu bewahren wichtigsten Mechanismen des Lebens über Artgrenzen .

Zwei Teams , verschiedene Zelltypen

Die beiden Teams Hannon Labor verwendet die gleichen akribischen über die Entdeckung neuer piRNA Weg Komponenten , wenn auch in verschiedenen Arten von Zellen . Czech, Preall und ihre Gruppe arbeitete mit weiblichen Keimzellen ; Muerdter und Guzzardo konzentrierte sich auf Follikelzellen , die im Inneren der weiblichen Eizelle Kammer gefunden werden , sind aber aus somatischen Zellen abgeleitet - dem Zelltyp , die alle eines Organismus nicht- Geschlechtszellen umfasst .

Beide Gruppen durchgeführt RNA-Interferenz (RNAi) Bildschirme gegen eine große Anzahl von Genen im Zelltypen untersucht sie . Diese Bildschirme verwenden kleine RNAs zu "knock down" die Aktivität bestimmter Gene . Tschechische und Preall Gruppe niedergeschlagen alle 8000 Gene in der Fliege Eierstock, ein zu einer Zeit zum Ausdruck gebracht. Muerdter und Guzzardo abgerissen alle 13.900 Gene im Fliegengenomin ähnlicher Weise. Der Zweck dieser Experimente war , um zu sehen , was aus Transposon Ebenen , wenn einzelne Gene nicht mehr funktionsfähig.

In beiden Gruppen führte die Bildschirme zur Identifizierung von Dutzenden von Genen, deren Abwesenheit wurde gezeigt Transposon Repression beeinträchtigen. Beide Gruppen später eine oder zwei Gene in ihren Bildschirmen , deren Knock-down hatte den stärksten Einfluss auf die Transposon- Proliferation. Für Muerdter und Guzzardo , Unterdrückung eines Gens mit dem Namen Asterix sie verursacht Ebenen eines Transposons genannt Zigeuner in die Höhe . Aber wie?

Wie Zigeuner unterdrückt

Wenn Schwamm DNA exprimiert wird , beginnt er, ein RNA "message " einen vorläufigen Schritt in dem Transposon Proliferationsprozesszu erzeugen. Wenn der Stern -Gen wurde zu Boden geworfen , das ist genau das, was passiert ist. " Normalerweise wird der Piwi Protein unter Bildung eines Komplexes mit einem kleinen RNA kann eine Sequenz an dieser RNA -Nachricht zu erkennen" Guzzardo erläutert . " Wenn die piRNA findet die Sequenz , legt sie und der Prozess der Transkription stoppt . "

Das neue Werk wird deutlich, warum: " . Silent" Befestigung des Pirna nach der Zigeuner Nachricht verursacht Histone - - Proteine, die Zigeuner DNA packen, um auf chemische Modifikationen (genannt H3K9 Trimethylierung Zeichen) , dass es als Tag nehmen Die DNA kann von der Maschinengenexpressionszugegriffen werden kann; Schwamm wird somit in einem Ruhezustand gehalten wird.

Ohne Stern , ist der Tag, das Zigeuner still macht nicht vorhanden, und die Zigeuner -Gen wird damit zugänglich für die Maschinen in den Zellkern , die es zu transkribieren beginnt . Das Transposon kann nun vermehren.

Tschechische und Preall , ähnliche Arbeiten ausschließlich in den Eierstöcken , fand zum Teil die gleichen Gene aktiv bei der Unterdrückung Transposons in jenen Zellen , wodurch klar, dass sie Bestandteile dessen, was man heute ein aufgerufen werden sind " Kern piRNA Weg . " In der Flug Ovarium viele Transposons - 80 bis 100 - möglicherweise als in Follikel und andere somatische Zellen aktiviert werden , in dem die entsprechende Anzahl ist etwa 20 bis 30. Aus diesem Grund sind piRNA Mechanismen in der weiblichen Keimbahn- Zellen aufwendigere und beinhalten mehrere Gene und wahrscheinlich noch mehr Hilfsproteine ​​in dem Transposon Repression Verfahren nach Tschechien .

"Unsere Bildschirme haben eine Reihe von Genen in Transposon Unterdrückung in der weiblichen Eierstock der Fliege beteiligt identifiziert ", sagt Czech . " Wir freuen uns, generiert haben , was scheint, eine umfassende Liste von Kernkomponenten des piRNA Weg sein , und hoffen, dass diese Sporen weitere Entdeckung in anderen Labors . Unsere nächste Aufgabe ist es, die Mitglieder der Weg bei der Erzeugung piRNAs von Beteiligten zu unterscheiden wir als " Effektoren ", und letztlich zu bringen , um die zugrunde liegenden molekularen Mechanismen piRNA Biogenese und Effektor-Funktionen leuchten . "