Τα κεντρομερή εξυπηρετούν τον ίδιο θεμελιώδη σκοπό σε σχεδόν όλες τις μορφές ζωής. Αυτές οι περιοχές του DNA διασφαλίζουν ότι τα χρωμοσώματα διαχωρίζονται σωστά όταν τα κύτταρα διαιρούνται. Παρά τον κοινό αυτό ρόλο, τα κεντρομερή ποικίλλουν δραματικά στη δομή τους. Μερικοί οργανισμοί έχουν μεγάλα τμήματα επαναλαμβανόμενου DNA, ενώ οι ζύμες χρησιμοποιούν εξαιρετικά μικρές και απλές εκδοχές γνωστές ως κεντρομερή "σημείου". Αυτή η εντυπωσιακή ποικιλομορφία, σε συνδυασμό με το γεγονός ότι τα κεντρομερή εξελίσσονται γρήγορα, προβληματίζει τους επιστήμονες εδώ και δεκαετίες.
Το Παράδοξο των Κεντρομερών
Μια ερευνητική ομάδα με επικεφαλής την Andrea Musacchio, Διευθύντρια στο Ινστιτούτο Μοριακής Φυσιολογίας Max Planck στο Ντόρτμουντ, μαζί με τον Jef Boeke από την Ιατρική Σχολή Grossmann του NYU, αποκάλυψε τώρα την προέλευση και την εξελικτική ιστορία των κεντρομερών ζυμομυκήτων. Οι επιστήμονες εντόπισαν αυτό που περιγράφουν ως κεντρομερές "πρωτο-σημείου", μια ενδιάμεση μορφή που συνδέει τα σημερινά μικροσκοπικά κεντρομερή ζυμομυκήτων με τους πιο σύνθετους προγόνους τους. Αυτές οι παλαιότερες εκδοχές περιείχαν θραύσματα παρασιτικού DNA. Η ανακάλυψη αναδεικνύει ένα από τα πιο δραματικά παραδείγματα εξελικτικής αλλαγής σε επίπεδο DNA.
Τα κεντρομερή είναι οι συγκεκριμένες θέσεις στα χρωμοσώματα όπου προσκολλώνται οι κυτταρικοί μηχανισμοί κατά τη διάρκεια της κυτταρικής διαίρεσης. Αυτός ο μηχανισμός απομακρύνει κάθε χρωμόσωμα, έτσι ώστε τα δύο νέα θυγατρικά κύτταρα να λάβουν το σωστό γενετικό υλικό. Λόγω αυτού του ρόλου, τα κεντρομερή είναι απαραίτητα για τον ακριβή διαχωρισμό των χρωμοσωμάτων σε όλα τα διαιρούμενα κύτταρα, από τη ζύμη έως τους ανθρώπους.
Αν και ο κυτταρικός μηχανισμός που είναι υπεύθυνος για τον διαχωρισμό των χρωμοσωμάτων έχει παραμείνει σε υψηλό βαθμό συντηρημένος καθ' όλη τη διάρκεια της εξέλιξης, το DNA που βρίσκεται στα κεντρομερή αλλάζει εκπληκτικά γρήγορα. Οι επιστήμονες ονομάζουν αυτό το αινιγματικό μοτίβο «παράδοξο των κεντρομερών». Η ζύμη παρέχει ένα από τα πιο εντυπωσιακά παραδείγματα αυτού του φαινομένου, επειδή τα κεντρομερή της είναι ασυνήθιστα μικροσκοπικά και με ακρίβεια καθορισμένα. Στη νέα μελέτη, ερευνητές από το Ινστιτούτο Max Planck και το NYU αποκάλυψαν την πρώτη μηχανιστική εξήγηση για το πώς εξελίχθηκαν αυτά τα διακριτά κεντρομερή ζύμης και προσδιόρισαν τη γενετική τους προέλευση.
Μια βασική ανακάλυψη στην εξέλιξη της ζύμης
Ο πρώτος συγγραφέας Max Haase εξηγεί λεπτομερώς τα νέα ευρήματα στην ακόλουθη συνέντευξη.
Ποια είναι η ανακάλυψη που κάνατε;
Η εργασία μας εξηγεί πώς προέκυψε ένα πολύ σημαντικό χαρακτηριστικό χρωμοσώματος -- το κεντρομερές -- στη μαγιά μπύρας. Στη μαγιά είναι εξαιρετικά μικρά και ακριβή -- μια εντυπωσιακή ιδιομορφία στο δέντρο της ζωής που έχει προβληματίσει τους βιολόγους χρωμοσωμάτων εδώ και δεκαετίες. Σε αυτή την εργασία, δείχνουμε ένα πιθανό ενδιάμεσο στάδιο στην εξέλιξή τους και εντοπίζουμε από πού προήλθε αρχικά το DNA για αυτά τα ειδικά κεντρομερή.
Γιατί είναι τόσο συναρπαστικό;
Βρήκαμε προηγουμένως άγνωστα κεντρομερή σε συγγενικά είδη ζύμης που μοιάζουν με ενδιάμεσα στάδια μεταξύ μεγάλων, πλούσιων σε επαναλήψεις κεντρομερών και των μικροσκοπικών στη μαγιά μπύρας. Το DNA σε αυτά τα κεντρομερή σχετίζεται με μια κατηγορία "γονιδίων που πηδούν" (κινητά κομμάτια DNA) που ονομάζονται ρετρομεταθετόνια, υποδηλώνοντας ότι αυτά τα στοιχεία παρείχαν την πρώτη ύλη που η εξέλιξη αναμόρφωσε σε σύγχρονα κεντρομερή ζύμης. Αυτό δίνει μια συγκεκριμένη γενετική εξήγηση για το πώς η μαγιά κατέληξε σε αυτόν τον ασυνήθιστο τύπο κεντρομερούς.
Γιατί είναι σημαντικά τα ευρήματά σας για την επιστημονική κοινότητα;
Τα κεντρομερή ζύμης ήταν τα πρώτα κεντρομερή των οποίων η λειτουργική αλληλουχία DNA απομονώθηκε και επεξεργάστηκε λεπτομερώς, ξεκινώντας με την εργασία των Clarke και Carbon στις αρχές της δεκαετίας του 1980, ωστόσο παρέμεινε μυστήριο πώς τόσο μικροσκοπικά, με ακρίβεια καθορισμένα κεντρομερή θα μπορούσαν να έχουν εξελιχθεί. Δείχνοντας πώς ένα είδος κεντρομερούς μπορεί να ανακατασκευαστεί από ένα άλλο, η εργασία μας εξετάζει αυτό το μακροχρόνιο ερώτημα και δείχνει πώς κομμάτια «εγωιστικού» ή παρασιτικού DNA μπορούν να τιθασευτούν και να μετατραπούν σε DNA στο οποίο τα κύτταρα βασίζονται τώρα για να οργανώσουν τα χρωμοσώματά τους. Αυτό παρέχει ένα συγκεκριμένο παράδειγμα του πώς ένα βασικό μέρος του χρωμοσώματος μπορεί να αναδιαρθρωθεί πλήρως κατά την εξέλιξη, επαναχρησιμοποιώντας DNA που κάποτε έμοιαζε με γονιδιωματικό «σκουπίδι».
Ποια είναι τα επόμενα βήματα που θα κάνετε;
Στη συνέχεια, θέλουμε να κατανοήσουμε πώς το κινετοχώρο - ο πρωτεϊνικός μηχανισμός που αναγνωρίζει τα κεντρομερή - μπορεί να προσαρμόσει τόσο δραματικές αλλαγές στο DNA του κεντρομερούς κατά τη διάρκεια της εξελικτικής διαδικασίας. Στο πλαίσιο αυτού, αντιμετωπίζουμε το ανοιχτό ερώτημα του πώς τα κεντρομερή συναρμολογούν το κινετοχώρο. Αναζητούμε επίσης πρόσθετες περιπτώσεις όπου τα τρανσποζόνια έχουν επαναχρησιμοποιηθεί για την κατασκευή χρωμοσωμικών δομών όπως τα κεντρομερή, για να δούμε πόσο συνηθισμένο είναι αυτό το είδος καινοτομίας στο γονιδίωμα.
www.worldenergynews.gr
