ინფორმაცია

რატომ არსებობს RNAi ბილიკის ცილები ნემატოდში, როდესაც მათ შეუძლიათ ზიანი მიაყენონ მათ?

რატომ არსებობს RNAi ბილიკის ცილები ნემატოდში, როდესაც მათ შეუძლიათ ზიანი მიაყენონ მათ?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

როდესაც dsRNA შეჰყავთ მცენარეში, Dicer ჭრის მას და ხელს უშლის დაავადებას. რატომ ჩნდება მცენარე პარაზიტი, მ. ინკოგნიტა - ნემატოდი, იღუპება, როცა მასში დრნმ შეიყვანეს? უნდა გადაერჩინა.

კიდევ ერთხელ, უფრო გასაგებად მ. ინკოგნიტა აქვს არგონაუტის ცილა და სხვა RISC კომპონენტები რნმ-ის გამოსაწვევად. ეს იწვევს მის სიკვდილს.

მაშინ რატომ აქვს ჭიას ისეთი ფაქტორები, რომლებიც მის სიკვდილს იწვევს?


არსებობს მრავალი გამოკვლევა, რომლებმაც გამოიყენეს RNAi მცენარის პარაზიტის წინააღმდეგ მ. ინკოგნიტა. ფუნდამენტური იდეა არის ის, რომ RNAi მიმართულია ამ ნემატოდის ერთ-ერთი სასიცოცხლო გენის წინააღმდეგ. ვინაიდან RNAi იწვევს სამიზნე გენის დაქვეითებას, ნემატოდი კვდება (ან ხდება არაეფექტური ინფიცირებისას) ამ მნიშვნელოვანი გენების ფუნქციის დაკარგვის გამო. როგორც მოგეხსენებათ RNAi-ს პროცესის შესახებ, dsRNA (ან თმის სამაგრები) იშლება Dicer-ის მიერ და მცირე ერთჯაჭვიანი რნმ-ის პროდუქტები, სახელწოდებით siRNA, ასოცირდება არგონაუტის პროტეინებთან, რათა წარმოქმნას RISC (რნმ ინდუცირებული დუმილი კომპლექსი). RISC გაწყვეტს რნმ-ებს, რომლებიც ავსებენ siRNA-ს.

თუ ხედავთ რომელიმე ამ სტატიას, შეამჩნევთ, რომ dsRNA არ არის შეყვანილი ნემატოდში; იგი გამოხატულია მცენარეში. ნემატოდები (როგორიცაა ეს და C.elegans რომელშიც ის საკმაოდ კარგად არის შესწავლილი) შეუძლია დრნმ-ის აღება გარემოდან მათ უჯრედულ მემბრანებში არსებული რნმ-ის გადამტანების მეშვეობით (იხილეთ ეს პოსტი).

ახლა, თქვენს კითხვაზე მივდივართ "რატომ არსებობს RNAi ბილიკის ცილები ნემატოდში, როდესაც მათ შეუძლიათ ზიანი მიაყენონ მათ?"

ენდო-siRNA და miRNA შუამავლობით გაჩუმების გზები კრიტიკულ როლს ასრულებენ ნემატოდების განვითარებასა და სხვა სხვადასხვა ფუნქციებში (იხილეთ ეს მიმოხილვა). როგორც უკვე იცით, RNAi ასევე შეიძლება იყოს დაცვა dsRNA ვირუსებისგან.

ჩვენ, ადამიანებმა, გამოვიყენეთ ეს გზა მოლეკულური ბიოლოგიისთვის და პარაზიტული ორგანიზმების სამიზნე ინსტრუმენტების შესაქმნელად. რა თქმა უნდა, არსებობს იმის ალბათობა, რომ მასპინძელმა მცენარემ შეიძლება გამოხატოს dsRNA ნემატოდის წინააღმდეგ მისი ანტიპარაზიტული თავდაცვის სისტემის ევოლუციის დროს (თუმცა ახლა ასე არ არის). არა მხოლოდ RNAi, არსებობს მრავალი სხვა მაგალითი პათოგენის ენდოგენური გზებისა, რომლებიც გამოიყენება პათოგენის მოსაკლავად.


რნმ-შემაკავშირებელი ცილა

რნმ-შემაკავშირებელი ცილები (ხშირად შემოკლებით როგორც RBP-ები) არის ცილები, რომლებიც უკავშირდებიან ორმაგ ან ერთჯაჭვიან რნმ-ს [1] უჯრედებში და მონაწილეობენ რიბონუკლეოპროტეინების კომპლექსების ფორმირებაში. RBPs შეიცავს სხვადასხვა სტრუქტურულ მოტივებს, როგორიცაა რნმ-ის ამოცნობის მოტივი (RRM), dsRNA დამაკავშირებელი დომენი, თუთიის თითი და სხვა. [2] ისინი ციტოპლაზმური და ბირთვული ცილებია. თუმცა, ვინაიდან სექსუალურ რნმ-ის უმეტესობა ბირთვიდან შედარებით სწრაფად ექსპორტირებულია, ბირთვში RBP-ების უმეტესობა არსებობს ცილის და პრე-მრნმ-ის კომპლექსების სახით, რომელსაც ეწოდება ჰეტეროგენული რიბონუკლეოპროტეინის ნაწილაკები (hnRNPs). RBP-ებს გადამწყვეტი როლი აქვთ სხვადასხვა უჯრედულ პროცესებში, როგორიცაა: უჯრედული ფუნქცია, ტრანსპორტი და ლოკალიზაცია. ისინი განსაკუთრებით დიდ როლს ასრულებენ რნმ-ების პოსტტრანსკრიპციულ კონტროლში, როგორიცაა: შერწყმა, პოლიადენილირება, mRNA სტაბილიზაცია, mRNA ლოკალიზაცია და ტრანსლაცია. ევკარიოტული უჯრედები კოდირებენ მრავალფეროვან RBP-ებს, დაახლოებით 500 გენს, უნიკალური რნმ-ის დამაკავშირებელი აქტივობით და ცილა-ცილის ურთიერთქმედებით. ევოლუციის დროს, RBP-ების მრავალფეროვნება მნიშვნელოვნად გაიზარდა ინტრონების რაოდენობის მატებასთან ერთად. მრავალფეროვნებამ საშუალება მისცა ევკარიოტულ უჯრედებს გამოიყენონ რნმ-ის ეგზონები სხვადასხვა მოწყობილობებში, რაც წარმოშობს უნიკალურ RNP-ს (რიბონუკლეოპროტეინს) თითოეული რნმ-ისთვის. მიუხედავად იმისა, რომ RBP-ებს გადამწყვეტი როლი აქვთ გენის ექსპრესიაში პოსტტრანსკრიპციულ რეგულაციაში, შედარებით ცოტა RBP იყო შესწავლილი სისტემატურად. [3] [4]


შესავალი

ასიმეტრიული ისტორიები: ანდროდიოზის განსხვავებული ტრაექტორიები ცხოველებსა და მცენარეებში

მრავალუჯრედიანი სიცოცხლის ფორმები ყალიბდება მათ ევოლუციურ და განვითარების ისტორიას შორის ურთიერთქმედებით. ამ ურთიერთქმედების ერთ-ერთი ყველაზე ნათელი მაგალითია ანდროდიოეზია, შეჯვარების სისტემა, რომელიც შედგება მამრობითი და თვითგანაყოფიერებული ჰერმაფროდიტებისაგან. მცენარეებში უმეტესი ჯგუფის საგვარეულო მდგომარეობა ითვლება ჰერმაფროდიტად და ეს სისტემა ძალიან გავრცელებულია. ამის საპირისპიროდ, ანდროდიოციური სახეობები იშვიათია და, სავარაუდოდ, წარმოადგენს გარდამავალ ეტაპს წმინდა ჰერმაფროდიტულ სახეობებსა და მამრ/ქალი სისტემებს შორის (Charlesworth and Charlesworth, 1978 Meagher, 2007). თეორიულად, ეს გადასვლა შეიძლება განპირობებული იყოს შერჩევით, რათა შემცირდეს შეჯვარება. ამ ევოლუციური ისტორიის შედეგად, ჰერმაფროდიტური მცენარეების სქესობრივი თვისებები ანდროდიოციურ სახეობებში ძლიერ წააგავს მათ ჰერმაფროდიტ წინაპრებს.

ეს მდგომარეობა საპირისპიროა ცხოველებში, სადაც დომინირებს მამრობითი/ქალი სახეობები და ანდროდიოეზია იშვიათი ტოტია. ის გვხვდება მხოლოდ ხერხემლიანთა ერთ სახეობაში, მანგროს მეკვლე თევზში (Harrington, 1967, 1961 Tatarenkov et al., 2009), მაგრამ ოდნავ უფრო ხშირია კიბოსნაირებში (Sassaman and Weeks, 1993 Weeks, 2012), და Nematodesch (Kiontketetch). 2005 Denver et al., 2011). ფილოგენიები აჩვენებს, რომ ანდროდიოსებრი ნემატოდები წარმოიშვა მამრობითი/ქალი წინაპრებისგან ბევრ დამოუკიდებელ შემთხვევაზე (Kiontke and Fitch, 2005 Denver et al., 2011). ეს გადასვლა გვარში სამჯერ მოხდა კაენორჰაბდიტი (ნახ. 1, Cho et al., 2004 Kiontke et al., 2004, 2011) და ხუთჯერ პრისტიჩუსი (Kanzaki et al., 2013). ამის საპირისპიროდ, საპირისპირო გადასვლის მხოლოდ ერთი მაგალითი იქნა გამოვლენილი, რომელიც მოიცავს Oscheius dolichuroides (Felix, 2006 Denver et al., 2011). შესაძლებლობა, რომ ზოგიერთი ნემატოდის ნიშან-თვისება ამარტივებს გადასვლას მამრობითი/ქალი სისტემებიდან ანდროდიოეტიკაზე, შესაძლოა ხელი შეუწყოს ევოლუციის ამ ასიმეტრიულ მოდელს (Wei et al., 2014).

რეპროდუქციული სტრატეგიები ანდროდიოციურ სახეობებში განსხვავდება სხვა ჰერმაფროდიტური ცხოველებისგან. მაგალითად, ბევრ ანელიდის სახეობას აქვს ერთი ჰერმაფროდიტური სქესი და მრავლდება ექსკლუზიურად ჯვარედინი განაყოფიერების გზით (მაგ., Avis, 2011). ამის საპირისპიროდ, ჰერმაფროდიტებს ანდროდიოსებრი სახეობებში შეუძლიათ შეწყვილდნენ მამრებთან ან გამოიყენონ თვითგანაყოფიერება რეპროდუქციული უზრუნველყოფის მიზნით.

ჰერმაფროდიტი ნემატოდები არიან მდედრობითი სქესის ფუნქციური სპერმატოზოიდები

ჰერმაფროდიტური ნემატოდები მჭიდროდ არიან დაკავშირებული მამრობით/მდედრ სახეობებთან, ამიტომ ისინი იღებენ ყველა სექსუალურ თვისებას თავიანთი წინაპრებიდან. მართლაც, ეს ჰერმაფროდიტები შეიძლება მივიჩნიოთ მდედრებად, რომლებიც ქმნიან სპერმას თვითგანაყოფიერებისთვის. ისინი არ ჰგვანან მამრებს (ნახ. 2A), სამაგიეროდ, თავიანთი სექსუალური თვისებების უმეტესობას იზიარებენ მონათესავე სახეობების მდედრ ნემატოდებთან (ნახ. 2B). მაგალითად, ორივე XX ქალები და XX ჰერმაფროდიტები ასაზრდოებენ თავიანთ ჩანასახოვან უჯრედებს ორხელიან სიმეტრიულ სასქესო ჯირკვალში, რომელიც შეიცავს ცენტრალურ საშვილოსნოს და ორ სპერმათეკას სპერმის შესანახად (Kimble and Hirsh, 1979). ამ სპერმათეკების მდებარეობამ შესაძლოა ხელი შეუწყო ჰერმაფროდიტიზმის ევოლუციას, რადგან მათ შეუძლიათ შეინახონ როგორც საკუთარი, ასევე მამრობითი სპერმატოზოიდები. მდედრებს და ჰერმაფროდიტებს ორივეს აქვთ ვულვა, რომელიც აკავშირებს საშვილოსნოს გარედან და აკონტროლებს სასქესო კუნთებს და ნეირონებს, რომლებიც არეგულირებენ კვერცხუჯრედს (Sulston and Horvitz, 1977). გარდა ამისა, მდედრობითი სქესის და ჰერმაფროდიტები იყენებენ ნაწლავს, რათა გამოიმუშაონ გული, რომელიც იმპორტირებულია განვითარებად კვერცხუჯრედებში (Kimble and Sharrock, 1983).

სხვა სექსუალური თვისებები, რომლებსაც იზიარებენ ქალები და ჰერმაფროდიტები, ნაკლებად აშკარაა, როგორიცაა ფერომონების დიფერენციალური წარმოება და რეაქცია (Chute and Srinivasan, 2014). სწავლაში არის თუნდაც დახვეწილი განსხვავებები, რაც განასხვავებს მათ მამაკაცებისგან (Sammut et al., 2015). ამ ჰერმაფროდიტების უმეტესობა თავდაპირველად მდედრობითი სქესის იყო და შენარჩუნდა ახალ შეჯვარების სისტემაში.

ჰერმაფროდიტებს აქვთ ორი კრიტიკული განსხვავება, რაც იძლევა თვითგანაყოფიერების საშუალებას. პირველი, ისინი ქმნიან სპერმატიდებს ლარვის განვითარების დროს და მეორე, აწარმოებენ სიგნალს ამ სპერმის გააქტიურების მიზნით, ამზადებენ მათ მოძრაობას და განაყოფიერებას (Baldi et al., 2009). ორივე მახასიათებელი იყო კოოპტირებული მამრობითი განვითარების პროგრამებიდან (ნახ. 2A და C). ეს მიმოხილვა ყურადღებას გაამახვილებს იმაზე, თუ როგორ მუშაობს სქესის განსაზღვრის გზა ნემატოდებში და ამ გზის კრიტიკულ მოდიფიკაციაზე, რომელიც იძლევა თვითგანაყოფიერებული ჰერმაფროდიტების განვითარების საშუალებას.


ნეირო გამოცდა 2

მცირე ინტერფერენციული რნმ (siRNA), ზოგჯერ ცნობილი როგორც მოკლე ინტერფერენციული რნმ ან დამამშვიდებელი რნმ, არის ორჯაჭვიანი რნმ-ის მოლეკულების კლასი, სიგრძით 20-25 ბაზის წყვილი, მსგავსი miRNA-ს და მოქმედებს რნმ-ის ინტერფერენციის (RNAi) გზაზე. ის აფერხებს სპეციფიკური გენების გამოხატვას დამატებითი ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობით mRNA-ს დეგრადირებით ტრანსკრიპციის შემდეგ, რაც ხელს უშლის ტრანსლაციას.

პარაცენტრული ინვერსიები არ მოიცავს ცენტრომერს და ორივე რღვევა ხდება ქრომოსომის ერთ მკლავში.

მემკვიდრეობის ნიმუში მიდრეკილია ირიბად, რადგან პაციენტებს ჰყავთ უმოქმედო მშობლები, მაგრამ დაზარალებული ბიძაშვილები და ბიძები.

ამ აშლილობის გადაცემა მამაკაციდან მამაკაცზე არ ხდება, რადგან მამები X ქრომოსომებს მხოლოდ ქალიშვილებს გადასცემენ.

გადამზიდავი ქალების მამრობითი სქესის შვილებს აქვთ 50%-იანი შანსი, რომ დაზარალდნენ.

დაზარალებული მამაკაცის ყველა ქალი შვილი ჰეტეროზიგოტური მატარებელია, მაგრამ შეიძლება კლინიკურად დაზარალდეს მნიშვნელოვანი ხარისხით, რაც დამოკიდებულია X ინაქტივაციის შაბლონზე.

დაუცველი მამაკაცები დაავადებას არცერთ ბავშვს არ გადასცემენ.
გამოხატული
მამრები (რომლებიც აუცილებლად არიან ჰემიზიგოტები გენის მუტაციისთვის, რადგან მათ აქვთ ერთი X და ერთი Y ქრომოსომა) და

გენომის მასშტაბური ასოციაციის კვლევები (GWAS)
•მონაცემები გროვდება არანათესავი პირებისთვის
• უფრო ადვილია დაზარალებულთა დიდი რაოდენობის პოვნა
•ეფექტურია საერთო დაავადებებზე, ოჯახურ მეთოდთან შედარებით

მათ აქვთ ცვლადი/შუალედური უპირატესობები:
ადვილად საცხოვრებლად დიდი რაოდენობით
შობს შთამომავლობის დიდ რაოდენობას
მოკლე თაობის დრო

10 დღე განაყოფიერებული კვერცხუჯრედიდან ზრდასრულამდე)•
უაღრესად ნაყოფიერი (>1000 შთამომავლობა / მდედრი)

უვნებელია ადამიანებისა და გარემოსთვის

•გენეტიკური ინსტრუმენტების მრავალსაუკუნოვანი დაგროვება•
IACUC ცხოველთა პროტოკოლი არ არის საჭირო

მისი აღმოჩენებისთვის ქრომოსომის როლის შესახებ მემკვიდრეობაში


ნემატოდი C. elegans არის მიკროსპორიდიის მასპინძელი

ნემატოდი C. elegans არის კიდევ ერთი გენეტიკური მოდელის ორგანიზმი, რომელიც ბოლო დროს აქცენტი იყო მიკროსპორიდიის ინფექციების შესწავლაზე. C. elegans 1970 წლიდან არის ძალიან სასარგებლო სისტემა მრავალი ბიოლოგიური საკითხის გადასაჭრელად, მათ შორის მასპინძლის თავდაცვა და პათოგენეზი ბოლო დროს [11]. თუმცა, უმეტესობა სწავლობს სფეროში C. elegans პათოგენეზში ჩართული იყო ადამიანის კლინიკურად მნიშვნელოვანი პათოგენები, რომლებიც ცნობილი არ იყო ამ ცხოველის ბუნებრივ პათოგენებად. ბუნებრივი პათოგენების ძიებაში C. elegansმიკროსპორიდიების ახალი გვარი და სახეობა ველურად დაჭერილ შტამში აღმოაჩინეს C. elegans იზოლირებულია კომპოსტის ორმოდან პარიზთან ახლოს [12]. ამ ახალ სახეობას დაარქვეს Nematocida parisii, ან ნემატოდ-მკვლელი პარიზიდან. ამ სახეობის გარდა, კიდევ რამდენიმე ველური დაჭერა კაენორჰაბდიტი იზოლირებულია ნემატოდები, რომლებიც შეიცავს მიკროსპორიდიას ([12] M-A. Félix, პირადი კომუნიკაცია). ინფექციით N. parisii საბოლოოდ იწვევს მასპინძლის ნაადრევ სიკვდილს, მაგრამ ნემატოდებს შეუძლიათ ატარონ მნიშვნელოვანი პარაზიტი ტვირთი და კვლავ იკვებებოდნენ და მოძრაობენ შედარებით ნორმალურად გარკვეული დროის განმავლობაში. ინფექციის ერთი საინტერესო ასპექტი არის ის N. parisii როგორც ჩანს, ახდენს ციტოჩონჩხის რესტრუქტურიზაციას C. elegans მასპინძელი უჯრედები, შესაძლოა, როგორც არადამაზიანებელი გასვლის სტრატეგიის ნაწილი (სურათი 1). ეს რესტრუქტურიზაცია შეიძლება კვლავ იყოს მიკროსპორიდიის მაგალითი, რომელიც აძლიერებს სპორების წარმოებას და გადაცემას, მაგრამ ამცირებს მასპინძელზე ზემოქმედებას.


ძველი ჭიები, ახალი დაბერების გენები: ბიოლოგები ეძებენ დნმ-ს ხანგრძლივი სიცოცხლის საიდუმლოს.

ათწლეულზე მეტი ხნის განმავლობაში, სინტია კენიონი უყურებდა მიკროსკოპული ჭიების სახეობის Caenorhabditis elegans-ს, რომლებიც იმაზე მეტხანს ცოცხლობენ, ვიდრე უნდა. მან დაინახა ამ ჭიის მუტანტური შტამები, რომელიც ჩვეულებრივ მკვდარია და გაქრა მხოლოდ 2 ან 3 კვირის შემდეგ, გაგრძელდა მეორე თვემდე. თითქოს ადამიანმა 200 წელი იცოცხლა. კენიონის ხანგრძლივი ჭიები ცალკეული გენების მუტაციების შედეგია. ეს რადიკალური წარმოდგენაა მრავალი მეცნიერისთვის, რომლებიც დიდი ხანია ფიქრობენ დაბერებაზე, როგორც გაუარესების უკონტროლო პროცესზე, რომელიც არ რეგულირდება ცალკეული გენებით.

„უნდა არსებობდეს გენები, რომლებიც გავლენას ახდენენ სიცოცხლის ხანგრძლივობაზე“, - ამბობს კენიონი კალიფორნიის უნივერსიტეტიდან, სან-ფრანცისკოდან. სხვადასხვა ცხოველებს შორის სიცოცხლის ხანგრძლივობის დრამატული განსხვავებების გათვალისწინებით - თაგვმა შეიძლება გაძლოს 2 წელი, ხოლო ღამურას შეუძლია ნახევარი საუკუნე - კენიონი დარწმუნდა, რომ დღეგრძელობა ცხოველებში არაერთხელ განვითარდა. ის ამტკიცებს, რომ მის ხანგრძლივ ნემატოდებს შეუძლიათ გამოავლინონ ზოგიერთი ფუნდამენტური მოლეკულური ბიოლოგია, რომელიც აკონტროლებს სიცოცხლის ხანგრძლივობას უფრო რთულ ორგანიზმებში, ადამიანებშიც კი.

1993 წელს კენიონმა და მისმა კოლეგებმა წამოიწყეს დაბერების გენეტიკის სფერო, როდესაც მათ განაცხადეს C. elegans-ის მუტანტის შტამზე, რომელიც ნორმალურზე ორჯერ მეტ ხანს ცხოვრობს. მან აჩვენა სიცოცხლის ხანგრძლივობის ყველაზე დიდი პროპორციული გახანგრძლივება იმ დროისთვის ცნობილი ნებისმიერი ცხოველისგან. მკვლევარებმა საბოლოოდ დაადგინეს, რომ ეს გრძელვადიანი ნემატოდის შტამი წარმოიშვა მოლეკულური სიგნალების ჰორმონებით გამოწვეული კასკადის დეფექტის შედეგად, რომელიც მსგავსია ადამიანებში, რომელიც გამოწვეულია ჰორმონის ინსულინით. მუტაციები, რომლებიც გავლენას ახდენენ ბუზების მსგავსი ჰორმონების კასკადზე, შეიძლება ამ მწერების სიცოცხლესაც გაუხანგრძლივონ.

ბოლო რამდენიმე თვის განმავლობაში, კენიონის გუნდმა და ჭიების მკვლევართა რამდენიმე სხვა ჯგუფმა დააფიქსირეს გენების მოულოდნელად დიდი რაოდენობა, რომლებიც კონტროლდება ამ ჰორმონალური სისტემის მიერ, მათ შორის გენები, რომლებიც მონაწილეობენ სტრესის პასუხებში და ანტიმიკრობულ მოქმედებებში. როგორც ჩანს, დაბერების ეს გზა მოქმედებს ძუძუმწოვრებშიც. ორმა კვლევითმა ჯგუფმა აჩვენა, რომ თაგვების ინსულინზე ან მასთან დაკავშირებულ ჰორმონზე რეაგირების შეცვლამ შეიძლება გაახანგრძლივოს ცხოველთა სიცოცხლე, რაც აჩენს პერსპექტივას, რომ ამ ჰორმონების მანიპულირებამ შეიძლება შეანელოს დაბერება ან დაბერდეს უკეთესი ჯანმრთელობისთვის.

„ადამიანებში არსებობს შესაძლებლობა, რომ დაბერების მსგავსი გზა მოქმედებს“, - ამბობს კეტრინ ვოლკოვი ბეთესდას დაბერების ეროვნული ინსტიტუტიდან.

ნაოჭიანი ჭიები ზოგიერთი მეცნიერი კენიონის მუშაობას ეჭვქვეშ აყენებს იმის მტკიცებით, რომ მისი გრძელვადიანი ნემატოდები რეალურად არ ბერდება ნელა. შესაძლოა, ეს კრიტიკოსები ამბობენ, რომ გენეტიკურად შეცვლილი ჭიები ჩვეულებრივი ტემპით დაბერდებიან და სუსტდებიან, მაგრამ უბრალოდ აღმოიფხვრა სიკვდილის მთავარი მიზეზი. ამ დაპირისპირების მოგვარება მოითხოვს დაბერების პროცესის გაზომვის რუტინულ გზას.

C. elegans-თან თავდაპირველ მუშაობაში კენიონმა შეაფასა ჭიის ასაკი მისი შემცირებული მობილურობით. ახლახან მან და მისმა კოლეგებმა მოამზადეს მაღალი სიმძლავრის მიკროსკოპები დაბერებულ ნემატოდებზე და დააფიქსირეს მრავალი ცვლილება სხვადასხვა ქსოვილებში. გაუარესების სხვა ნიშნებთან ერთად, უჯრედების საზღვრები ნაკლებად მკაფიო ხდება, ხოლო უჯრედების შიგნითა ნაწილი გლუვიდან ხაჭოსკენ მიდის და ივსება ღრუებით. დამატებითი სამუშაოს დროს, მონიკა დრისკოლმა რუტგერსის უნივერსიტეტიდან პისკატავეიში, ნიუ-ჯერსი და მისმა თანამშრომლებმა დაადგინეს, რომ ჭიის კუნთოვანი ბოჭკოები კარგავენ ორგანიზებულ გარეგნობას ჭიების ასაკთან ერთად (SN: 10/26/02, გვ. 260).

ხანდაზმული ადამიანების მსგავსად, რომლებსაც აქვთ ნაოჭები და ასაკის სხვა ნიშნები, „მოხუცი ჭიები მათ განსაკუთრებულ იერს ანიჭებენ“, ამბობს კენონი.

ახლა, როდესაც ბიოლოგებს აქვთ წარმოდგენა იმის შესახებ, თუ რა ემართება ჭიას სიბერის დროს, მათ შეუძლიათ უკეთ გააცნობიერონ ყველა ის გენი, რომლებიც მათ გამოავლინეს ბოლო ათწლეულის განმავლობაში, რომლებიც გავლენას ახდენენ დაბერებაზე. მართლაც, ამ დღეგრძელობის გენების რიცხვი აგრძელებს ზრდას. C. elegans-ის მკვლევართა ბოლო ყოველწლიურ საერთაშორისო შეხვედრაზე კენიონის ჯგუფმა განაცხადა, რომ აღმოაჩინა 30-ზე მეტი მანამდე ამოუცნობი გენი, რომლებიც მუტაციის დროს ახანგრძლივებს ნემატოდების სიცოცხლეს.

ამ დროისთვის, ჭიების დაბერების ყველაზე კარგად დამახასიათებელი გენეტიკური გზა არის კენიონის ჯგუფის მიერ აღწერილი 1993 წელს. თავდაპირველ მოხსენებაში მეცნიერებმა აჩვენეს, რომ მუტაციას ორ გენში, სახელწოდებით daf-2 და daf-16, ჰქონდა მნიშვნელოვანი გავლენა ნემატოდზე. დღეგრძელობა. დაფ-2-ში გარკვეული მუტაციის მქონე ჭიებს სიცოცხლის ხანგრძლივობა გაორმაგებული ჰქონდათ, მაგრამ ორივე გენის მუტაციის მქონე ჭიებს სიცოცხლის ხანგრძლივობა ნორმალური ჰქონდათ.

კენიონის ჯგუფმა შეძლო დასკვნა ამ დაკვირვებებიდან, რომ მოქმედი daf-16 გენი იწვევს სხვა ჭიის გენებს, რომლებიც ხელს უწყობენ სიცოცხლის ხანგრძლივობას, ხოლო მოქმედი daf-2 გენი ჩვეულებრივ თრგუნავს daf-16-ის ან მისი ცილის აქტივობას.

რატომ უნდა ჰქონდეს ჭიას ან ნებისმიერ ცხოველს ისეთი გენი, როგორიცაა daf-2, რომლის აშკარა მიზანია ორგანიზმის სიცოცხლის ხანგრძლივობის შეზღუდვა?

გენი, როგორც ჩანს, გენეტიკური სისტემის ნაწილია, რომელიც ჭიებს საშუალებას აძლევს დაარეგულირონ მათი განვითარება და, შესაბამისად, მათი სიცოცხლის ხანგრძლივობა, იმისდა მიხედვით, რამდენად შესაფერისია გარემო პირობები გამრავლებისთვის. როდესაც საკვები ნივთიერებები მწირია, მზარდი ჭიები სრულად არ ვითარდება, სამაგიეროდ იღებენ თხელ, სქესობრივად მოუმწიფებელ ფორმას, რომელიც ცნობილია როგორც dauer. ამ მდგომარეობაში ორგანიზმს შეუძლია თვეების განმავლობაში დაკიდება და გაზარდოს უფრო მდიდარი ცხოვრების პირობების შეხვედრის შანსები. ჭიების ბიოლოგები მიიჩნევენ, რომ ეს ხანგრძლივ ცხოველებს სპორები ჰგვანან, რომლებსაც ბაქტერიები ქმნიან მძიმე პირობების მოსაშორებლად.

კენიონის მუშაობამდე დიდი ხნით ადრე, სხვა მკვლევარებმა დააკავშირეს daf-2 და daf-16 განვითარების ამ შეჩერებულ ფორმას. გენების სახელები მომდინარეობს "დაუერის ფორმირებიდან". daf-2-ის აქტივობის სრული დათრგუნვა აგზავნის განვითარებად ჭიას პირდაპირ მდგომარეობაში, მიუხედავად იმისა, მწირია თუ არა საკვები ნივთიერებები. კენიონმა აღმოაჩინა რაღაც უფრო დამაინტრიგებელი: გენში გარკვეულმა დახვეწილმა მუტაციამ საშუალება მისცა განვითარებად ჭიას გვერდის ავლით დაეტოვებინა დაერის მდგომარეობა, მაგრამ მაინც ჰქონდა არანორმალურად ხანგრძლივი სიცოცხლის ხანგრძლივობა.

1997 წელს კვლევითმა ჯგუფმა გარი რუვკუნის ხელმძღვანელობით ბოსტონის მასაჩუსეტსის გენერალური საავადმყოფოდან საბოლოოდ დაადგინა daf-2-ის დნმ-ის თანმიმდევრობა. ყველას გასაკვირად, მეცნიერებმა აღმოაჩინეს, რომ მისი ცილა, DAF-2, ჰგავს ადამიანის უჯრედის ზედაპირის პროტეინებს, ანუ რეცეპტორებს, რომლებიც რეაგირებენ ინსულინზე და სხვა ჰორმონზე, რომელიც ცნობილია როგორც ინსულინის მსგავსი ზრდის ფაქტორი -1 (IGF-1). ჭიის რეცეპტორი ამ ადამიანის რეცეპტორების პრიმიტიული ვერსიაა, ამბობს რონალდ კანი, ბოსტონში ჯოსლინ დიაბეტის ცენტრის დირექტორი.

რაც შეეხება daf-16-ს, აღმოჩნდა, რომ კოდირებს დნმ-ის დამაკავშირებელ ცილას, რომელიც ააქტიურებს სხვა გენებს. ცნობილია, როგორც ტრანსკრიფციის ფაქტორი, ეს ცილა, DAF-16, აშკარად ითრგუნება, როდესაც ჰორმონი იწვევს DAF-2-ს. ამიტომ, daf-2 მუტაციები ახანგრძლივებს ჭიის სიცოცხლეს, რადგან ისინი ათავისუფლებენ DAF-16-ს, რაც საშუალებას აძლევს მას გაააქტიუროს გენები, რომლებიც ხელს უწყობენ ხანგრძლივობას.

ყველა გაჩერების ამოღება 1993 წლის ანგარიშში კენიონმა და მისმა კოლეგებმა გამოთქვეს ვარაუდი, რომ გენების იდენტიფიკაციამ daf-16-ის ზემოქმედების ქვეშ შეიძლება გამოიწვიოს ზოგადი გაგება, თუ როგორ შეიძლება გაგრძელდეს სიცოცხლის ხანგრძლივობა. ბოლო პუბლიკაციების აურზაურით, ამ გენების ზოგიერთი ნაწილი საბოლოოდ გამოვლინდა.

აპრილის დაბერების უჯრედში, ახლახან გამოშვებულ ჟურნალში, რომელიც ეძღვნება დაბერების მოლეკულურ ბიოლოგიას, ჯეიმს ჰ. თომასმა ვაშინგტონის უნივერსიტეტიდან სიეტლში და მისმა კოლეგებმა დაადგინეს C. elegans-ის რამდენიმე ათეული გენი DAF-16-ის კონტროლის ქვეშ. ამისათვის მეცნიერებმა ეძებეს ჭიებში აქტიური გენები daf-2-ის მუტაციით და შეადარეს ისინი ჭიებში აქტიურ გენებს, რომლებსაც აქვთ მუტაციები daf-2-ში და daf-16-ში.

მკვლევარებმა ასევე დაადგინეს გენები, რომლებიც შეიცავს კონკრეტულ დნმ-ის თანმიმდევრობას, რომელსაც DAF-16 უკავშირდება, რაც გულისხმობს, რომ ცილა აკონტროლებს ამ გენების აქტივობას. ცნობილია, რომ ბევრი გენი, რომელსაც მართავს ამ ცილა, აქვს როლი ჭიების მეტაბოლიზმსა და სტრესის რეაქციებში.

25 აპრილის Science-ში გამოქვეყნებულ ნაშრომში, რუვკუნის ჯგუფმა გამოაქვეყნა გენების საკუთარი სია, რომლებიც რეგულირდება ცილა DAF-16-ით. მან და მისმა კოლეგებმა მოიძიეს C. elegans-ისა და ხილის ბუზის Drosophila melanogaster-ის სრული დნმ-ის თანმიმდევრობა იმ ადგილებისთვის, სადაც DAF-16 შესაძლოა შეერთებოდა. მათ დაადგინეს 17 შემთხვევა, როდესაც ორ ცხოველს აქვს მსგავსი გენი ამ დამახასიათებელი თანმიმდევრობით. მათ ასევე დაადგინეს, რომ ჭიებიდან ექვსი გენის აქტივობაზე გავლენას ახდენს daf-2 და daf-16 მუტაციები. მონაცემები მიუთითებს, რომ DAF-16 ააქტიურებს ექვსი გენიდან ზოგიერთს და თრგუნავს სხვებს.

რუვკუნის გუნდმა გამოიყენა ტექნიკა, რომელსაც ეწოდება რნმ-ის ჩარევა, რათა გამორთოთ ეს ექვსი გენი, ერთ დროს, ჩვეულებრივ ჭიებში. რამდენიმე ინაქტივაციამ გაახანგრძლივა C. elegans-ის სიცოცხლის ხანგრძლივობა, მაგრამ არა იმდენად, რამდენადაც გაორმაგება ჩვეულებრივ წარმოიქმნება daf-2 მუტაციებით.

დაფ-2 და დაფ-16 მუტაციების მქონე ჭიებში გენის აქტივობის საკუთარი შედარების გზით, კენიონმა ასევე გაითვალისწინა DAF-16 სამიზნეების საკითხი. მან და მისმა კოლეგებმა აღმოაჩინეს, რომ DAF-16 ააქტიურებს სხვადასხვა გენებს, რომლებიც ქმნიან ანტიმიკრობულ ცილებს. DAF-16-ით გაძლიერებულმა იმუნურმა რეაქციამ შეიძლება ახსნას, თუ რატომაა C. elegans-ის ხანგრძლივი მუტანტური შტამები, როგორც წესი, უფრო მდგრადია სიკვდილის მიმართ ბაქტერიული ინვაზიით, ვიდრე ჩვეულებრივი ჭიები. .

კენიონის გუნდმა ასევე დაადგინა, რომ DAF-16 აკონტროლებს მრავალი ცილის გამომუშავებას, რომელსაც უჯრედები იყენებენ დნმ-ისა და სხვა მოლეკულების დაზიანების შესაჩერებლად, ისეთი ფაქტორების საპასუხოდ, როგორიცაა სითბო ან მაღალი რეაქტიული მოლეკულები, რომლებიც ცნობილია როგორც თავისუფალი რადიკალები. პოპულარული თეორია ამტკიცებს, რომ დაბერება თავისუფალი რადიკალების დაზიანების ნელი დაგროვების შედეგია.

კენიონის და სხვათა ექსპერიმენტებმა აჩვენა, რომ მუტანტი daf-2-ით ხანგრძლივი მატლები ქმნიან ფერმენტების დამატებით რაოდენობას, რომლებიც ანადგურებენ თავისუფალ რადიკალებს. ჭიები ასევე ქმნიან მეტ ე.წ. აპრილის დაბერების უჯრედში, გორდონ ჯ. ლიტგოუმ ბაკის ასაკის კვლევის ინსტიტუტიდან ნოვატოში, კალიფორნია და მისმა კოლეგებმა აჩვენეს ამ დამცავი ცილების მნიშვნელობა. მკვლევარებმა ჭიებში შეიტანეს გენის დამატებითი ასლები ერთი სითბური შოკის პროტეინისთვის, სახელწოდებით hsp-16, და მხოლოდ ამან გაზარდა ცხოველის სიცოცხლის საშუალო ხანგრძლივობა 10 პროცენტზე მეტით.

გასულ წელს კენიონმა და მისმა კოლეგებმა კიდევ ერთი პერსონაჟი დაამატეს განვითარებულ სტატუსს. 2002 წლის ივლისის გენეტიკაში მათ გამოავლინეს DAF-16-ის მთავარი პარტნიორი ჭიის დაბერების საწინააღმდეგო სტრესული პასუხის კოორდინაციისთვის: ტრანსკრიფციის ფაქტორი, რომელსაც ეწოდება სითბოს შოკის ფაქტორი (HSF). როდესაც მკვლევარებმა გამოიყენეს რნმ-ის ჩარევა HSF-ის გენის დეაქტივაციისთვის, ჭიები ჩვეულებრივზე ადრე კვდებოდნენ. ჭიების ქსოვილების მიკროსკოპის ქვეშ დაკვირვებით, კენიონის ჯგუფმა აჩვენა, რომ ეს ნაადრევი სიკვდილი დაჩქარებული დაბერების შედეგი იყო.

16 მაისის მეცნიერებაში, მკვლევარებმა კიდევ უფრო აჩვენეს, რომ daf-2 მუტანტებს სიცოცხლის ხანგრძლივობა არ აქვთ გაორმაგებული, თუ HSF-ის გენი ასევე მუტაციულია. ეს ამაღლებს HSF-ს DAF-16-ის მნიშვნელობის დონემდე. მართლაც, კენიონის ჯგუფმა აღმოაჩინა ჭიის გენების ჯგუფი, მათ შორის ზოგიერთი, რომელიც კოდირებს სითბოს შოკის ცილებს, რომელთა აქტივობაზე გავლენას ახდენს ორივე პროტეინი, რომლებიც მუშაობენ ერთობლივად.

ვოლკოვი აღნიშნავს, რომ ზოგიერთი მკვლევარი იმედოვნებდა, რომ DAF-16 აკონტროლებდა მხოლოდ რამდენიმე გენს. ეს რომ ასე ყოფილიყო, თეორიულად გააადვილებდა ადამიანების სიცოცხლის ხანგრძლივობის გაზრდას ამ გენების მანიპულირებით. "როგორც ჩანს, ეს ბევრად უფრო რთულია", - ამბობს ვოლკოვი. "ვფიქრობ, ეს თავიდანვე არ ვიცოდით."

"ჭია, როგორც ჩანს, ყველანაირად წყვეტს. ის ყველანაირ რამეს აკეთებს სიცოცხლის ხანგრძლივობის გასაზრდელად", დასძენს კენიონი. "ეს არის ბევრი მცირე წვლილი მრავალი გენისგან."

დიდი კითხვა არის მტკიცებულება იმისა, რომ ჭიების დაბერების გამოკვლევებს შეიძლება ჰქონდეს ანაზღაურება ძუძუმწოვრებში. მაშინ როცა ჭიებს აქვთ ერთი რეცეპტორი, რომელიც შეესაბამება ინსულინის სიგნალებს, ძუძუმწოვრებს აქვთ განვითარებული განსხვავებული ჰორმონალური გზები ინსულინისა და IGF-1-ისთვის, თითოეულს ახასიათებს თავისი გამოყოფილი რეცეპტორი.

ექსპერიმენტების ერთ სერიაში მარტინ ჰოლცენბერგერმა პარიზის წმინდა ანტუანის საავადმყოფოდან და მისმა კოლეგებმა შექმნეს თაგვების შტამები, რომლებშიც IGF-1 რეცეპტორის მღრღნელების გენის ერთ ან ორივე ასლს ჰქონდა მუტაციები. თაგვები, რომლებსაც არ ჰქონდათ რაიმე ნორმალური ასლი, ემბრიონის სახით იღუპებოდნენ. თუმცა, ერთი სამუშაო ასლის მქონე თაგვები ნორმალურად განვითარდნენ და ცხოვრობდნენ, საშუალოდ, 26 პროცენტით მეტხანს, ვიდრე ცხოველები IGF-1-რეცეპტორის გენის ორი ნორმალური ასლით. ჰოლცენბერგერის ჯგუფმა ეს შედეგები მოახსენა 9 იანვარს Nature-ში.

მსგავსი შედეგები გაჩნდა თაგვების კვლევით, რომლებსაც არ აქვთ ინსულინის რეცეპტორები. მკვლევარმა ჯგუფმა, რომელსაც ხელმძღვანელობდა კანი, შექმნა თაგვის შტამები, რომლებსაც არ გააჩნიათ ინსულინის რეცეპტორები კონკრეტულ ქსოვილებში, როგორიცაა ღვიძლი, ტვინი და ცხიმი. 24 იანვარს მეცნიერებაში, კანმა და მისმა კოლეგებმა განაცხადეს, რომ თაგვები, რომლებსაც არ აქვთ რეცეპტორები ცხიმოვან ქსოვილში, საშუალოდ 18 პროცენტით მეტხანს ცოცხლობენ, ვიდრე ტიპიური თაგვები.

ხანგრძლივმა თაგვებმა ასევე უფრო გამხდარი იყვნენ, მიუხედავად იმისა, რომ ჭამდნენ ნორმალური რაოდენობით საკვებს, აღმოაჩინეს კანის ჯგუფმა. ეს გასაკვირი არ არის, რადგან ინსულინის ერთ-ერთი როლი არის უჯრედების მიერ ცხიმის შესანახად სიგნალის მიწოდება, მაგრამ მკვლევართა დასკვნები შეიძლება დაგვეხმაროს იმის გარკვევაში, თუ რატომ ახანგრძლივებს კალორიებით შეზღუდული დიეტა მრავალი ცხოველის სიცოცხლეს (SN: 3/15/97, გვ. 162). ). ხანგრძლივობის გასაზრდელად შეიძლება გადამწყვეტი იყოს არა კალორიების შემცირება, არამედ ცხოველების სიმსუქნე, ამბობს კანი. მისი ჯგუფი ახლა აყენებს მუტანტ თაგვებს დიეტაზე, რათა დაინახოს, არსებობს თუ არა სიცოცხლის ხანგრძლივობის დამატებითი გაგრძელება.

კანი ასევე გეგმავს თაგვების სხვა მუტანტური შტამების სიცოცხლისუნარიანობის შესწავლას, რათა დადგინდეს, თუ როგორ უწყობს ხელს ინსულინის სიგნალი თითოეულ ქსოვილში დაბერებას. ის განსაკუთრებით დაინტერესებულია თაგვებით, რომლებსაც არ აქვთ ტვინში ინსულინის რეცეპტორები, რადგან ბუზებსა და ჭიებზე ჩატარებულმა კვლევებმა აჩვენა, რომ ნერვულ სისტემას აქვს გადამწყვეტი როლი ინსულინის გავლენის შუამავლობაში დაბერებაზე.

როდესაც ის უყურებს პროგრესს, რომელსაც მკვლევარები მიაღწიეს სიბერის შესახებ ბოლო ათწლეულის განმავლობაში, კენიონი აღიარებს, რომ გაოგნებულია. „როცა დავიწყეთ ველი არ იყო“, ამბობს ის. "ახლა ბევრი ადამიანი მუშაობს დაბერებაზე. ჩვენ ბევრი რამ ვისწავლეთ."

თუმცა, მათი ბოლოდროინდელი წარმატების მიუხედავად, ჭიების მკვლევარებს უამრავი კითხვა აქვთ დაბერების ბიოლოგიის შესახებ, რაც მათ თაობების განმავლობაში უნდა გააგრძელოს. ლიტგოუ ამბობს, რომ ჯერ კიდევ ვერ უპასუხებს ფუნდამენტურ კითხვას: "რატომ ცოცხლობენ ჭიები 20 დღე და არა 20 წელი?"


ძლევამოსილი ჭია

C. elegans-მა, 959-უჯრედიანმა ნობელის მაგნიტმა, ხელი შეუწყო უჯრედების თვითმკვლელობის ახსნას და გენომიკის დაწყებას და ახლა შეუძლია წამლების განვითარებაში რევოლუცია მოახდინოს.

ლექცია იყო მედუზაზე, მაგრამ მარტინ ჩალფი ჭიებზე ოცნებობდა. მას შემდეგ, რაც მომხსენებელმა აღწერა ცილა - მწვანე ფლუორესცენტური ცილა, ან GFP, რომელიც მედუზებს სიბნელეში ანათებს, "ძალიან აღელვებული ვიყავი და სხვა სიტყვას არ მოვუსმინე", - იხსენებს ჩალფი. ეს იყო 1988 წელი და ჩალფი, კოლუმბიის უნივერსიტეტის ბიოლოგიური მეცნიერების პროფესორი, ფიქრობდა ახლახან აღმოჩენილ ცილაზე: „რა მშვენიერი ნაერთია ჩადებული. C. elegans.”

იმ დროს ნემატოდი Caenorhabditis elegans, ან C. elegans, მიიპყრო მკვლევართა მცირე, მხურვალე წრე, რომლებმაც აღიარეს ჭია, როგორც მარტივი მოდელი ადამიანის უჯრედებში მოქმედი ზოგიერთი ყველაზე რთული პროცესისთვის. გამჭვირვალე და მხოლოდ 1 მილიმეტრის სიგრძის ჭია ითვლებოდა, რომ ბევრ ფუნდამენტურ გენეტიკურ მახასიათებელს იზიარებდა ადამიანებთან, თუმცა მეცნიერთა შეფასებით, სახეობების ევოლუციური ბილიკები 800 მილიონი წლით ადრე განსხვავდებოდა. მაგრამ ამ მსგავსების გამოსაკვლევი ტექნიკა ძლივს იყო დაბადებული.

მისი გონება ლექციაზე ტრიალებდა, ჩალფიმ წარმოიდგინა მბზინავი ცილა, რომელიც როგორღაც იყო ჩასმული ჭიაში და დაკავშირებული იყო სხვა პროტეინებთან, როგორც ერთგვარი მწვანე ჰაილაითერი, რომელიც აღნიშნავს უმცირეს უჯრედულ პროცესებს. თუ მას შეეძლო გაერკვია GFP-ის ჩასმის გზა მედუზებისგან რაიმე სხვა ნაერთის საჭიროების გარეშე, ეს იქნებოდა გარღვევა შესწავლისთვის. C. elegans და მისი თითქმის 1000 უჯრედი და ის დაამატებდა ჭიის ცნობას, როგორც იდეალური მოდელი ორგანიზმის ადამიანთა გენეტიკის საიდუმლოებების გასარკვევად.

ჩალფის მოსაზრება წინასწარმეტყველური აღმოჩნდა, თუმცა რამდენიმე წლის შრომისმოყვარეობა დასჭირდა იმისთვის, რომ GFP-ს ჭიაში ემუშავა. და მისი მიღწევა C. elegans იყო მხოლოდ ერთი მრავალიდან. გასული ნახევარი საუკუნის განმავლობაში, თითქმის მიკროსკოპული, გამჭვირვალე ჭია იმდენად მჭიდროდ იყო დაკვირვებული, რომ მეცნიერებს აქვთ თითქმის ამომწურავი ცოდნა მისი ტვინის, ნერვული სისტემის, საჭმლის მომნელებელი ტრაქტის, კუნთების და რეპროდუქციული სისტემის შესახებ. ამ ცოდნამ, თავის მხრივ, მნიშვნელოვნად გააფართოვა ადამიანის სისტემებისა და პროცესების გაგება.

ჭიების მთელ ამ ინოვაციურმა ნამუშევარმა თავის ჩემპიონებს სამი ნობელის პრემია მოიპოვა ბოლო ექვსი წლის განმავლობაში (მათ შორის ერთი, 2008 წელს, ჩალფის, რომელმაც გაიზიარა ქიმიის პრიზი GFP-ის გამოყენების პიონერისთვის), უფრო მეტი ალბათობით. "C. elegans გამოიწვია ფუნდამენტური ცვლილებები ცხოვრების შესახებ ჩვენს გაგებაში“, - ამბობს ჩალფი, რომელიც აგრძელებს ჭიის გამოყენებას ნერვული უჯრედების განვითარებისა და ფუნქციონირების შესასწავლად. იმავდროულად, ჭიების მკვლევართა საზოგადოება, რომელიც ოდესღაც თითქმის ისეთივე მცირდება, როგორც მისი საგანი, ექსპონენტურად გაფართოვდა, მეცნიერები ახლა იყენებენ C. elegans დაბერების, ალცჰეიმერის დაავადების, ინსულტის, კიბოს, რეტინიტის, დიაბეტის, თირკმელების დაავადების და სხვა დარღვევების მექანიზმების გასაგებად.

„ჭია სვამს კითხვებს, რომლებზეც მის გარეშე ვერც კი ვიფიქრებდით“, - ამბობს რობერტ უოტერსტონი, გენომის მეცნიერების პროფესორი სიეტლში ვაშინგტონის უნივერსიტეტის მედიცინის სკოლაში. და პასუხები კვლავ მოდის, როგორც C. elegans ხელმძღვანელობს მკვლევარებს მარეგულირებელი მოლეკულების მანამდე წარმოუდგენელ სამყაროში, რომელსაც შეუძლია რევოლუცია მოახდინოს მედიცინასა და წამლების განვითარებაზე.

ათასწლეულების განმავლობაში, C. ELEGANS ცხოვრობდა ძირითადად შეუმჩნევლად მის ბუნებრივ ჰაბიტატებში, ნიადაგში და წყალში, ან როგორც პარაზიტი ლოკოკინებში და სხვა ცხოველებსა და მცენარეებში, რომლებიც გვხვდება ევროპაში, ჩრდილოეთ ამერიკასა და ავსტრალიაში. შემდეგ, 1954 წელს, ბრისტოლში, ინგლისი, ბიოლოგმა, სახელად უორვიკ ნიკოლასმა, ამოიღო იგი ბუნდოვანებიდან. ნიკოლასს, ერთ-ერთ ბიოლოგს, რომელიც ნემატოდებს განიხილავდა, როგორც შესაძლო სამოდელო ორგანიზმს, გადაეცა კოლონია. C. elegans (პირველად კლასიფიცირებული 1900 წელს ფრანგმა ბიოლოგმა ემილ მაუპასმა), რომელიც აყვავებული იყო სოკოს კომპოსტის უჯრაში. მან წარმატებას მიაღწია კულტურების განვითარებაში C. elegans, რომელიც მან თან წაიღო დალუქული საცდელი მილებით კალიფორნიაში, როდესაც იქ გადავიდა. ნიკოლასი ნემატოდის რამდენიმე შტამიდან ერთ-ერთს იკვლევდა, C. elegansგანსაკუთრებით სასარგებლო აღმოჩნდა. და მიუხედავად იმისა, რომ ნიკოლოზის მუშაობა ჭიასთან, რომელიც ფოკუსირებული იყო მის განვითარებასა და გამრავლებაზე, მხოლოდ პრელუდია იყო, მის მიერ დაარსებული კოლონია გახდა თითქმის ყოველი ტრილიონი ადამიანის წინამორბედი. C. elegans რომლებიც მას შემდეგ ამზადებენ საკუთარ სახლში ლაბორატორიებში მთელს მსოფლიოში.

1964 წელს ბრისტოლის თაობის შთამომავლები დაბრუნდნენ ინგლისში, სიდნეი ბრენერის ლაბორატორიაში, კემბრიჯში სამედიცინო კვლევის საბჭოს გამომძიებლის, რომელმაც უკვე შეიტანა ინოვაციური წვლილი მოლეკულური ბიოლოგიის განვითარებაში. ბრენერმა აღმოაჩინა ძირითადი გენეტიკური სტრუქტურები უფრო მარტივ ორგანიზმებში (ძირითადად ბაქტერიები და ვირუსები) და ახლა მას სურდა გაერკვია, თუ როგორ იყენებდა უმაღლესი ორგანიზმი დნმ-ში დაშიფრულ ინსტრუქციებს თავისი სამგანზომილებიანი მეის ასაშენებლად. მან გადაწყვიტა, რომ სჭირდებოდა ცხოველის მოდელი ამ რთული ბიოლოგიური პრობლემების გადასაჭრელად და მას შემდეგ, რაც 60-ზე მეტი ნემატოდის სახეობა გამოსცადა, დასახლდა შტამზე. C. elegans მან მიიღო კალიფორნიის უნივერსიტეტი ბერკლიში.

იმიტომ რომ C. elegans გამჭვირვალეა, მისი დაკვირვება შესაძლებელია მიკროსკოპით, როდესაც ის იზრდება კვერცხუჯრედიდან, მისი უჯრედები განმეორებით იყოფა ჭიის ორგანოების, ნერვებისა და კუნთების წარმოქმნით. და იმის გამო, რომ ჭიას სიცოცხლის ხანგრძლივობა მხოლოდ ორიდან სამ კვირამდე აქვს და შეუძლია 100 000 შთამომავლობის გამომუშავება 10 დღეში, ექსპერიმენტები შეიძლება ჩატარდეს სწრაფად და ისეთივე მნიშვნელოვანი, ისეთ პატარა სივრცეში, როგორიც ბრენერის ვიწრო კემბრიჯის ლაბორატორია. თაგვებთან მსგავსი სამუშაოს შესასრულებლად მას დასჭირდებოდა რამდენიმე სართულიანი შენობა.

ბრენერის პირველი მიზანი იყო იმის აღმოჩენა, თუ როგორ არის დაკავშირებული ჭიის ქცევა მის ნერვულ სისტემაში. ეს ნიშნავდა ორგანიზმის ფიზიკურად დაყოფას და ყველა იმ კავშირისა და მახასიათებლის დახატვას, რაც ჭიას ჭიად აქცევს, პროექტი, რომელიც ბრენერის ბევრ კოლეგას კიხოტიკურად მოეჩვენა.

“They thought it was a blind alley,” says David Hall, a professor of neuroscience at Albert Einstein College of Medicine in New York City and the editor of WormAtlas, an Internet database devoted to C. elegans კვლევა. But Brenner persisted, and though the quest took 10 years, he and his research group succeeded in producing the first map of the worm’s anatomy. They detailed the development of every cell, starting with the egg and progressing to the 959 body cells of the adult worm. They also created a “wiring” diagram of every neuron in C. elegans’s 302-cell nervous system.

It was a hugely laborious process that involved slicing the worm into sections thin enough to fit under the lenses of an electron microscope. Researchers took more than 30,000 photographs to identify and trace the visible structures. Then they pieced together the images to form somewhat ill-fitting cross sections of C. elegans’s skin, nervous system and other organs. Notes had to be taken by hand and were bound into books. “It’s hard to believe how primitive things were,” says Hall, who keeps many of the early photographs and notebooks in his laboratory.

This map of C. elegans’s cells and nervous system gave researchers a tool for testing theories about how the organism grows and behaves and for identifying the genes involved by comparing the makeup of normal worms with that of genetically manipulated strains. Experiment by experiment, Brenner learned more and more about the worm and its genetic makeup—for example, that there are about 100 mutations that can cause problems with wriggling. Some of those mutations lead to mistakes in the way the nervous system grows, whereas others keep the system from functioning properly after it is formed.

Getting to know this single species so intimately led to insights into key biological processes. For one thing, scientists noticed that during the course of worm development, 131 cells self-destruct. Robert Horvitz, who came to Brenner’s laboratory as a postdoctoral fellow in 1974, returned to the Massachusetts Institute of Technology four years later and continued to study this phenomenon. Horvitz went on to prove that cell death, or apoptosis, is actually programmed into some of the worm’s genes as a fundamental part of its development. And most of those genes turn out to have counterparts in humans.

Programmed cell death explains why people end up with fingers and toes but without the webs that exist in fetuses. And it provides clues about the biological processes that lead to cancer, which may result from abnormalities in cells that stave off apoptosis, making themselves immortal. (Horvitz, Brenner and John Sulston, a British biologist who now chairs the Institute for Science, Ethics and Innovation at the University of Manchester, shared a 2002 Nobel for this work.)

Sydney Brenner and his team produced more than 30,000 photographs like this one during the 1960s and ’70s to map every one of <i>C. elegans’s</i> 959 cells. This cross section shows the brain region—the “nerve ring”—of a normal adult.

Mapping the more or less visible parts of C. elegans was an enormous achievement. But to exploit the full potential of the worm’s unlikely likeness to humans, preserved through eons of evolution, scientists needed to understand the species at an even more fundamental level. Brenner’s vision was to go deeper and catalogue the genetic structures inside every cell, to find out not only how single genes work but also how they function in combination. The way the chemical building blocks of DNA—adenine, thymine, guanine and cytosine, or A, T, G and C—are paired and sequenced determines the proteins a cell makes, so unraveling the entire genome for C. elegans would essentially spell out the instructions for its life.

Beginning in the early 1980s, Waterston, then at Washington University’s School of Medicine in St. Louis, and Sulston worked with a team of researchers to break C. elegans’s DNA into 17,000 overlapping fragments to create a map. To do so, they had to put the fragments back in order, “a little like knowing chapters in a book,” Waterston says, with a process called gel electrophoresis. After the fragments were treated with enzymes and radioactive compounds, they were then separated and the results were captured on X-ray film. The resulting images showed dark bands of DNA as if on a bar code. The researchers used computers to match the images and put the fragments in order. Waterston and Sulston then determined the entire genome sequence.

“Before the map, it could take someone years to find just one gene,” says Waterston afterward, the task could be done in a matter of weeks. Like the anatomical blueprint of the worm, this was a first, providing a panoramic genetic view of an animal, with a detailed reconstruction of its nearly 20,000 genes, 6 chromosomes and some 100 million base pairs of DNA. The completed worm sequence triggered a revolution in science and medicine.

Waterston and Sulston also led the way in compiling the human genome, which was finished five years later, and today researchers are detailing the genomes of chimpanzees, mice and a host of other organisms. What’s more, the kind of gene sequencing Waterston and his colleagues pioneered is now being done by biotechnology companies and academic research centers with equipment that can rapidly interpret thousands of genetic sequences. As a result, the field of comparative genomics, which compares the genetic structures of different species and strains, has opened untold areas of research, ranging from studying evolutionary changes among organisms to developing strategies for combating human disease.

OMO SAPIENS AND CAENORHABDITIS ELEGANS ARE NOT particularly close genetic cousins. Fewer than half of the worm’s genes have human counterparts, far less than, say, chimpanzees, which have about 95% of the same genetic material as humans. Still, exploiting those similarities continues to prove extraordinarily fruitful. In the latest, potentially game-changing worm research, scientists such as Gary Ruvkun, a molecular biologist at the Massachusetts General Hospital and a professor of genetics at Harvard Medical School, are focusing on genetic material known as RNA, which has many flexible forms that take on wide-ranging regulatory roles inside cells. Understanding and manipulating those functions could lead to new ways to treat disease.

Very small pieces of this material, called microRNA, have proven particularly interesting the first hints of their importance came in the early 1990s, when Ruvkun and Victor Ambros, now a professor of molecular medicine at the University of Massachusetts Medical School, were studying how C. elegans develops into its adult form from newly hatched larvae. Research on flies had shown that particular genes instruct embryos where to grow wings, legs and other body parts. Suspecting that comparable genes in the worm specified the timing of similar developmental events, Ambros focused on lin-4, a worm gene Brenner had discovered that allows immature worms to advance past a particular developmental stage. Researchers already knew that animals with a defective version oflin-4 can’t become adults. Ambros found that worms with inactive lin-4 get stuck repeating early larval stages, and those lacking a different gene, lin-14, skip ahead, with cells dividing in patterns more characteristic of later stages of development. In a series of experiments, he and Ruvkun showed how the genes collaborate—that at an appropriate time lin-4 blocks lin-14 activity, allowing worms to continue normal development, and that very small strands of RNA play a role in that process.

In 1998, Andrew Fire, a biologist and professor of pathology and genetics at the Stanford University School of Medicine who had also worked with Brenner, and Craig Mello, a professor of molecular medicine at the University of Massachusetts Medical School, made the next leap forward, unveiling work they’d done in C. elegans that explained the role of RNA interference, or RNAi. RNA ordinarily transfers genetic instructions from DNA in a cell’s nucleus to the surrounding cytoplasm, where those codes guide the construction of proteins. Fire and Mello injected the worm with gene-carrying fragments of RNA that disrupted this normal process, preventing the synthesis of the protein associated with the gene on the fragment (work for which they won a Nobel in 2006). This RNA interference, which occurs naturally in C. elegans and other organisms, including humans, can be manipulated for research purposes, allowing scientists to silence one gene at a time with great precision.

Ruvkun’s laboratory has used RNAi to work systematically through the C. elegans genome, inactivating individual genes and observing the impact on the worm. Some of this work has focused on worm metabolism, and among the almost 17,000 worm genes his team has tested, 305 inactivations caused a decrease in the worm’s body fat, while 112 resulted in increased fat storage. About half of those 400-plus fat genes have human counterparts, and if those too could be manipulated, it might provide an avenue for developing medications to treat obesity and related diseases such as diabetes. “If worm obesity were a health problem, we‘d have a cure,” quips Ruvkun, who says this work has helped narrow the pool of genes that might be involved in regulating human fat storage to a virtual droplet: just a few dozen genes (out of some 20,000 in the human genome).

Fire and Mello’s discovery also shed light on the part played by microRNA. In C. elegans, microRNA adjusts the production of proteins that are needed at one stage of a cell’s life but must be absent during others. “Perhaps RNAi and microRNA are more similar than we currently appreciate,” says Ruvkun, who in 2008 shared the Albert Lasker Basic Medical Research Award (sometimes called the American Nobel) with Ambros and the University of Cambridge’s David Baulcombe for their work in C. elegans. “What we know now is the tip of the iceberg.”

These RNA mechanisms could lead to a completely new, finely tuned form of disease therapy, Ruvkun says. Whereas current drugs act on proteins, RNA therapy could come in a step earlier, acting on the expression of DNA itself before a problem protein is produced, potentially preventing or reversing diseases. According to Ruvkun, recent studies suggest the human genome contains more than 500 and perhaps as many as 1,000 microRNAs that, collectively, might control a third of all protein-producing genes. (Not all genes produce proteins a significant fraction play roles in determining embryonic development, blood-cell specialization and a wide range of other physiological functions.)

Researchers are now trying to develop drugs that work by selectively blocking microRNAs. A number of labs have been working to compare microRNAs produced in cancerous tumors with those in normal tissue. Ideas developed in C. elegans can then be tested in higher organisms such as mice, whose response to a drug or other treatment may be more directly relevant to people—perhaps leading, Ruvkun speculates, to future generations of drugs, particularly for cancer treatment, that involve microRNAs. “This is the hottest hunch right now, not just among worm researchers but in the larger scientific community, and there are probably 1,000 people working on it,” Ruvkun says. “Once again, the worm has put us on the right track.”

1. In the Beginning Was the Worm, by Andrew Brown (Columbia University Press, 2003). Brown, a science journalist, tells the compelling story of Sydney Brenner’s worm project and of the vision, personalities and work of the first generation of worm researchers.

2. “The Perfect Storm of Tiny RNAs,” by Gary Ruvkun, Nature Medicine, October 2008. The 2008 Lasker Award winner details how C. elegans research led to the breakthrough discovery of a universe of tiny regulatory RNAs that were initially considered “worm curiosities” until they were also discovered in plants, and why this worm is important to the future of medicine.

3. wormatlas.org and wormbase.org. WormAtlas describes every cell and tissue of C. elegans and includes information developed for teaching purposes. WormBase houses information about all C. elegans genes and details research in such categories as cell biology, neurobiology, evolution and disease models.

In Depth

Dozens of pandemic-era innovations, and the experience of teaching during a crisis, have all left an indelible mark.


231 Fertilization and Early Embryonic Development

ამ განყოფილების დასასრულს თქვენ შეძლებთ გააკეთოთ შემდეგი:

  • Discuss how fertilization occurs
  • Explain how the embryo forms from the zygote
  • Discuss the role of cleavage and gastrulation in animal development

The process in which an organism develops from a single-celled zygote to a multi-cellular organism is complex and well-regulated. The early stages of embryonic development are also crucial for ensuring the fitness of the organism.

განაყოფიერება

Fertilization, pictured in (Figure) is the process in which gametes (an egg and sperm) fuse to form a zygote. The egg and sperm each contain one set of chromosomes. To ensure that the offspring has only one complete diploid set of chromosomes, only one sperm must fuse with one egg. In mammals, the egg is protected by a layer of extracellular matrix consisting mainly of glycoproteins called the zona pellucida . When a sperm binds to the zona pellucida, a series of biochemical events, called the acrosomal reactions , take place. In placental mammals, the acrosome contains digestive enzymes that initiate the degradation of the glycoprotein matrix protecting the egg and allowing the sperm plasma membrane to fuse with the egg plasma membrane, as illustrated in (Figure). The fusion of these two membranes creates an opening through which the sperm nucleus is transferred into the ovum. The nuclear membranes of the egg and sperm break down and the two haploid genomes condense to form a diploid genome.


To ensure that no more than one sperm fertilizes the egg, once the acrosomal reactions take place at one location of the egg membrane, the egg releases proteins in other locations to prevent other sperm from fusing with the egg. If this mechanism fails, multiple sperm can fuse with the egg, resulting in polyspermy . The resulting embryo is not genetically viable and dies within a few days.

Cleavage and Blastula Stage

The development of multi-cellular organisms begins from a single-celled zygote, which undergoes rapid cell division to form the blastula. The rapid, multiple rounds of cell division are termed cleavage. Cleavage is illustrated in ((Figure)). After the cleavage has produced over 100 cells, the embryo is called a blastula. The blastula is usually a spherical layer of cells (the blastoderm) surrounding a fluid-filled or yolk-filled cavity (the blastocoel). Mammals at this stage form a structure called the blastocyst, characterized by an inner cell mass that is distinct from the surrounding blastula, shown in (Figure). During cleavage, the cells divide without an increase in mass that is, one large single-celled zygote divides into multiple smaller cells. Each cell within the blastula is called a blastomere.


Cleavage can take place in two ways: holoblastic (total) cleavage or meroblastic (partial) cleavage. The type of cleavage depends on the amount of yolk in the eggs. In placental mammals (including humans) where nourishment is provided by the mother’s body, the eggs have a very small amount of yolk and undergo holoblastic cleavage. Other species, such as birds, with a lot of yolk in the egg to nourish the embryo during development, undergo meroblastic cleavage.

In mammals, the blastula forms the blastocyst in the next stage of development. Here the cells in the blastula arrange themselves in two layers: the inner cell mass , and an outer layer called the trophoblast . The inner cell mass is also known as the embryoblast and this mass of cells will go on to form the embryo. At this stage of development, illustrated in (Figure) the inner cell mass consists of embryonic stem cells that will differentiate into the different cell types needed by the organism. The trophoblast will contribute to the placenta and nourish the embryo.


Visit the Virtual Human Embryo project at the Endowment for Human Development site to step through an interactive that shows the stages of embryo development, including micrographs and rotating 3-D images.

გასტრულაცია

The typical blastula is a ball of cells. The next stage in embryonic development is the formation of the body plan. The cells in the blastula rearrange themselves spatially to form three layers of cells. This process is called gastrulation . During gastrulation, the blastula folds upon itself to form the three layers of cells. Each of these layers is called a germ layer and each germ layer differentiates into different organ systems.

The three germ layers, shown in (Figure), are the endoderm, the ectoderm, and the mesoderm. The ectoderm gives rise to the nervous system and the epidermis. The mesoderm gives rise to the muscle cells and connective tissue in the body. The endoderm gives rise to columnar cells found in the digestive system and many internal organs.


Are Designer Babies in Our Future?


If you could prevent your child from getting a devastating genetic disease, would you do it? Would you select the sex of your child or select for their attractiveness, strength, or intelligence? How far would you go to maximize the possibility of resistance to disease? The genetic engineering of a human child, the production of “designer babies” with desirable phenotypic characteristics, was once a topic restricted to science fiction. This is the case no longer: science fiction is now overlapping into science fact. Many phenotypic choices for offspring are already available, with many more likely to be possible in the not too distant future. Which traits should be selected and how they should be selected are topics of much debate within the worldwide medical community. The ethical and moral line is not always clear or agreed upon, and some fear that modern reproductive technologies could lead to a new form of eugenics.

Eugenics is the use of information and technology from a variety of sources to improve the genetic makeup of the human race. The goal of creating genetically superior humans was quite prevalent (although controversial) in several countries during the early 20 th century, but fell into disrepute when Nazi Germany developed an extensive eugenics program in the 1930s and 40s. As part of their program, the Nazis forcibly sterilized hundreds of thousands of the so-called “unfit” and killed tens of thousands of institutionally disabled people as part of a systematic program to develop a genetically superior race of Germans known as Aryans. Ever since, eugenic ideas have not been as publicly expressed, but there are still those who promote them.

Efforts have been made in the past to control traits in human children using donated sperm from men with desired traits. In fact, eugenicist Robert Klark Graham established a sperm bank in 1980 that included samples exclusively from donors with high IQs. The “genius” sperm bank failed to capture the public’s imagination and the operation closed in 1999.

In more recent times, the procedure known as prenatal genetic diagnosis (PGD) has been developed. PGD involves the screening of human embryos as part of the process of ინ ვიტრო fertilization, during which embryos are conceived and grown outside the mother’s body for some period of time before they are implanted. The term PGD usually refers to both the diagnosis, selection, and the implantation of the selected embryos.

In the least controversial use of PGD, embryos are tested for the presence of alleles which cause genetic diseases such as sickle cell disease, muscular dystrophy, and hemophilia, in which a single disease-causing allele or pair of alleles has been identified. By excluding embryos containing these alleles from implantation into the mother, the disease is prevented, and the unused embryos are either donated to science or discarded. There are relatively few in the worldwide medical community that question the ethics of this type of procedure, which allows individuals scared to have children because of the alleles they carry to do so successfully. The major limitation to this procedure is its expense. Not usually covered by medical insurance and thus out of reach financially for most couples, only a very small percentage of all live births use such complicated methodologies. Yet, even in cases like these where the ethical issues may seem to be clear-cut, not everyone agrees with the morality of these types of procedures. For example, to those who take the position that human life begins at conception, the discarding of unused embryos, a necessary result of PGD, is unacceptable under any circumstances.

A murkier ethical situation is found in the selection of a child’s sex, which is easily performed by PGD. Currently, countries such as Great Britain have banned the selection of a child’s sex for reasons other than preventing sex-linked diseases. Other countries allow the procedure for “family balancing”, based on the desire of some parents to have at least one child of each sex. Still others, including the United States, have taken a scattershot approach to regulating these practices, essentially leaving it to the individual practicing physician to decide which practices are acceptable and which are not.

Even murkier are rare instances of disabled parents, such as those with deafness or dwarfism, who select embryos via PGD to ensure that they share their disability. These parents usually cite many positive aspects of their disabilities and associated culture as reasons for their choice, which they see as their moral right. To others, to purposely cause a disability in a child violates the basic medical principle of Primum non nocere, “first, do no harm.” This procedure, although not illegal in most countries, demonstrates the complexity of ethical issues associated with choosing genetic traits in offspring.

Where could this process lead? Will this technology become more affordable and how should it be used? With the ability of technology to progress rapidly and unpredictably, a lack of definitive guidelines for the use of reproductive technologies before they arise might make it difficult for legislators to keep pace once they are in fact realized, assuming the process needs any government regulation at all. Other bioethicists argue that we should only deal with technologies that exist now, and not in some uncertain future. They argue that these types of procedures will always be expensive and rare, so the fears of eugenics and “master” races are unfounded and overstated. The debate continues.

განყოფილების შეჯამება

The early stages of embryonic development begin with fertilization. The process of fertilization is tightly controlled to ensure that only one sperm fuses with one egg. After fertilization, the zygote undergoes cleavage to form the blastula. The blastula, which in some species is a hollow ball of cells, undergoes a process called gastrulation, in which the three germ layers form. The ectoderm gives rise to the nervous system and the epidermal skin cells, the mesoderm gives rise to the muscle cells and connective tissue in the body, and the endoderm gives rise to columnar cells and internal organs.


ფონი

Organisms are faced with a variety of environmental conditions, some of which can adversely affect the status of proteins. Cells have multiple systems that monitor and maintain the proteome. Protein quality control systems help to refold proteins, to sequester proteins, or to degrade damaged or misfolded proteins. The ubiquitin proteasome system (UPS) is the major intracellular protein degradation pathway. This system is essential for removing damaged or misfolded proteins [1, 2]. In the current study, we investigate how the UPS is involved in the response to environmental stressors in the germline of the nematode, Caenorhabditis elegans. Ubiquitin is an 8.5 kDa polypeptide. Three distinct enzymatic activities link ubiquitin to the substrate protein via an isopeptide bond between the C-terminal glycine of ubiquitin and the amino group on a lysine residue of the substrate. This process is used to either add a single ubiquitin or a polyubiquitin chain. Different types of polyubiquitin chains form depending on the lysine linkage used. K48 polyubiquitin chains are recognized by the proteasome [3] and K63 chains are associated with protein trafficking, NFκB activation, and receptor endocytosis [4, 5].

Protein quality control systems exist for proteins in the cytosol, the mitochondria, and the endoplasmic reticulum [6]. However, the control of protein quality in the nucleus is not well understood. Ubiquitin and proteasome are both found in the nucleus along with various chaperones [7]. Proteasome activity has been detected in the nuclei of mammalian cells [8]. Therefore, the machinery needed for protein quality control exists in the nucleus, but details on the pathway for triggering nuclear protein degradation is not known. The best described examples of nuclear protein degradation come from yeast where the San1p ubiquitin ligase is known to target unstable proteins for nuclear degradation [9]. Also in yeast, misfolded cytoplasmic proteins can be imported into the nucleus for degradation [10]. It is not presently clear if this same type of pathway exists in other organisms.

There are several documented nuclear changes in response to stress. The nuclei of cells in various model organisms are known to develop distinct nuclear bodies [11, 12]. These nuclear bodies often vary in size, lack a defining membrane, and are spherical in shape. Nuclear bodies that form in response to stress include promyelocytic leukemia bodies (PML), heat-shock bodies, paraspeckles, clastosomes, nucleoplasmic speckles, and insulator bodies [13–16]. Heat-shock bodies form as a result of elevated temperatures, which leads to the activation of HSF1 [14, 17]. PML bodies form in response to elevated levels of oxidative stress and increase in numbers and size as stress exposure is extended [18–20]. Osmotic stress also induces formation of clastosomes and insulator bodies [15, 16]. Some nuclear bodies are known to contain ubiquitin and proteasome components [21]. Clastosomes contain both ubiquitin conjugates and 19S and 20S proteasome complexes, and disappear when proteasome inhibitors are added. These nuclear bodies are proposed to be active sites of proteolysis [15]. Proteasome components have also been observed in nucleoplasmic speckles and PML nuclear bodies [22–24]. Currently, there is a poor understanding of nuclear bodies’ physiological role and how they are connected to the cellular stress response.

წინა კვლევები ქ C. elegans have shown that exposure to hypertonic stress increases the level of ubiquitin conjugates [25]. That study also showed that expression of the proteasome was required for worms to survive threshold levels of hypertonic stress indicating that protein quality control is a critical aspect of surviving environmental stress. The current study further elaborates on the role of the UPS in response to environmental stress in the germline of C. elegans. We show that ubiquitin and the proteasome respond to salt stress, oxidative stress, and starvation by forming Stress Induced Nuclear Granules (SINGs). These SINGs form quickly after stress is initiated and do not require intertissue signaling. The SINGs are enriched in K48 polyubiquitin chains suggesting that they may be sites of protein degradation. The expression of chaperones reduces the frequency of SINGs suggesting a model where the accumulation of misfolded proteins leads to SING formation.


დასკვნები

Virus-derived transgenic resistance holds great promise in sparing growers and consumers the costs of losses due to virus infection. Furthermore, this technology has saved at least one crop, papaya grown in Hawaii, and holds the potential to grant those in developing nations food security by preventing losses in staple crops. Some of the other benefits of this approach to controlling plant viruses is that it reduces sprays that were used to control the arthropod vectors, while not altering how the crops are grown. One of the main challenges is that resistance to one strain of virus may not give strong resistance to other strains, so the evolution of new virus strains must be closely monitored.


Უყურე ვიდეოს: RNAi: Gene Knock-down! (ივლისი 2022).


კომენტარები:

  1. Grorisar

    Wonderful, very valuable message

  2. Palaemon

    ასე ხდება. ჩვენ განვიხილავთ ამ კითხვას.

  3. Sorel

    It is remarkable, it is a funny piece

  4. Hillocke

    ეს - უაზროა.

  5. Vokree

    მასში არის რაღაც. მადლობა ამ საკითხში დახმარებისთვის. ეს არ ვიცოდი.



დაწერეთ შეტყობინება