Το γενετικό σχέδιο της ζωής δεν γεννιέται στο χάος - είναι χτισμένο σε τρισδιάστατη μορφή με ακρίβεια από τις πρώτες κιόλας στιγμές.
Τα νέα ευρήματα για το DNA
Για πολλά χρόνια, οι ερευνητές πίστευαν ότι το DNA μέσα σε ένα νεογονιμοποιημένο ωάριο ξεκίνησε ως μια δομική «λευκή πλάκα» - μια χαλαρή, ανοργάνωτη μάζα που θα έπαιρνε μορφή μόνο όταν το έμβρυο άρχιζε να χρησιμοποιεί τα δικά του γονίδια. Από αυτή την άποψη, η τάξη εμφανιζόταν μόνο μετά την ενεργοποίηση του γενετικού προγράμματος.
Νέα ευρήματα που δημοσιεύθηκαν στο Nature Genetics αμφισβητούν αυτή την υπόθεση. Ο καθηγητής Juanma Vaquerizas και η ομάδα του αναφέρουν ότι το γονιδίωμα είναι πολύ πιο οργανωμένο στην αρχή από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως.
Ανέπτυξαν μια ισχυρή νέα μέθοδο που ονομάζεται Pico-C, η οποία επιτρέπει στους επιστήμονες να εξετάσουν την τρισδιάστατη δομή του γονιδιώματος με εξαιρετική λεπτομέρεια. Με αυτό το εργαλείο, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι πολύ πριν ενεργοποιηθεί πλήρως το γονιδίωμα - ένα ορόσημο γνωστό ως Ενεργοποίηση του Ζυγωτικού Γονιδιώματος - ένα περίπλοκο τρισδιάστατο σκελετό DNA σχηματίζεται ήδη. Ο τρόπος με τον οποίο το DNA διπλώνεται σε τρεις διαστάσεις είναι κρίσιμος επειδή καθορίζει ποια γονίδια μπορούν να ενεργοποιηθούν κατά την ανάπτυξη, διασφαλίζοντας ότι τα κύτταρα λειτουργούν σωστά και μειώνοντας τον κίνδυνο αναπτυξιακών διαταραχών και ασθενειών.
«Συνήθιζα να θεωρούμε την περίοδο πριν από την αφύπνιση του γονιδιώματος ως μια περίοδο χάους», εξηγεί η Noura Maziak, επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης. «Αλλά μεγεθύνοντας περισσότερο από ποτέ, μπορούμε να δούμε ότι στην πραγματικότητα πρόκειται για ένα εξαιρετικά πειθαρχημένο εργοτάξιο. Η σκαλωσιά του γονιδιώματος ανεγείρεται με ακριβή, αρθρωτό τρόπο, πολύ πριν ενεργοποιηθεί πλήρως ο διακόπτης «on».»
Χαρτογράφηση του τρισδιάστατου γονιδιώματος με Pico-C
Η ανακάλυψη έγινε χρησιμοποιώντας τη μύγα των φρούτων (Drosophila), έναν κλασικό οργανισμό-μοντέλο στη γενετική. Τις πρώτες ώρες μετά τη γονιμοποίηση, ένα έμβρυο μύγας των φρούτων διαιρεί γρήγορα τους πυρήνες του, παράγοντας χιλιάδες κύτταρα σε σύντομο χρονικό διάστημα. Αυτό το γρήγορο αναπτυξιακό παράθυρο το καθιστά ιδιαίτερα χρήσιμο για τη μελέτη του τρόπου οργάνωσης και ρύθμισης των γονιδιωμάτων.
Χρησιμοποιώντας την εξαιρετικά ευαίσθητη τεχνική Pico-C, η ομάδα χαρτογράφησε την τρισδιάστατη διάταξη του γονιδιώματος της μύγας των φρούτων κατά τη διάρκεια αυτών των πρώιμων σταδίων. Διαπίστωσαν ότι το DNA δεν διπλώνεται τυχαία. Αντίθετα, σχηματίζει βρόχους και δομές που ακολουθούν έναν αρθρωτό σχεδιασμό, επιτρέποντας σε συγκεκριμένα ρυθμιστικά σήματα να ελέγχουν διακριτές περιοχές του γονιδιώματος. Αυτή η προσεκτικά διαρρυθμισμένη αρχιτεκτονική διασφαλίζει ότι οι γενετικές οδηγίες είναι προετοιμασμένες και έτοιμες να ενεργοποιηθούν ακριβώς τη σωστή στιγμή.
Εκτός από την παροχή εξαιρετικά λεπτομερών τρισδιάστατων χαρτών σχήματος DNA, το Pico-C απαιτεί πολύ μικρότερα δείγματα από τις συμβατικές προσεγγίσεις - περίπου δέκα φορές λιγότερο υλικό. Αυτή η αποτελεσματικότητα ανοίγει νέες δυνατότητες για τη διερεύνηση του πώς η αναδίπλωση του DNA επηρεάζει τη ρύθμιση των γονιδίων και πώς οι διαταραχές σε αυτήν την αρχιτεκτονική μπορούν να συμβάλουν σε ασθένειες.
Από τις μύγες των φρούτων στην ανθρώπινη υγεία
Παρόλο που αυτό το γονιδιωματικό «σχέδιο» εντοπίστηκε για πρώτη φορά στις μύγες των φρούτων, η σημασία του επεκτείνεται άμεσα στην ανθρώπινη βιολογία. Σε μια συνοδευτική μελέτη που δημοσιεύτηκε στο Nature Cell Biology, με επικεφαλής την καθηγήτρια Ulrike Kutay και τους συναδέλφους της στο ETH Zürich στην Ελβετία, οι ερευνητές εφάρμοσαν την ίδια προσέγγιση χαρτογράφησης υψηλής ανάλυσης σε ανθρώπινα κύτταρα.
Εξετάσαν τι συμβαίνει όταν οι μοριακές «άγκυρες» που σταθεροποιούν την τρισδιάστατη δομή του γονιδιώματος αφαιρούνται. Το αποτέλεσμα ήταν δραματικό. Όταν αυτό το δομικό πλαίσιο διασπάται, τα ανθρώπινα κύτταρα ερμηνεύουν τη διαταραχή σαν να δέχονται ιική επίθεση. Αυτός ο ψευδής συναγερμός ενεργοποιεί το έμφυτο ανοσοποιητικό σύστημα, ενδεχομένως προκαλώντας φλεγμονή και ασθένειες.
«Αυτές οι δύο μελέτες λένε μια ολοκληρωμένη ιστορία», λέει ο Juanma. «Το πρώτο μας δείχνει πώς η τρισδιάστατη δομή του γονιδιώματος κατασκευάζεται προσεκτικά στην αρχή της ζωής. Το δεύτερο μας δείχνει τις καταστροφικές συνέπειες για την ανθρώπινη υγεία εάν αυτή η δομή αφεθεί να καταρρεύσει.»
www.worldenergynews.gr
