Tutkimus paljastaa piilotetut molekyylikoneet RNA-prosesseissa

Anonim

COOLAIR: n erityinen ribonukleiinihapon (RNA) alue paljastaa sen sisäisen rakenteen ja toiminnan tutkijoille, jotka näyttävät silmiinpistävään muistutukseen RNA-molekyylikoneella, jota aiemmin pidettiin rajoittuneina solujen proteiinitehdas ("ribosomi") ja ei pelkkää RNA-merkkijoukkoa.

"Olemme paljastamassa kasvien muistojen pähkinöitä ja pultteja", sanoo Los Reynon kansallisen laboratorion Karissa Sanbonmatsu, johtava artikkeli tämän viikon artikkelista Cell Reports -lehdessä.

Viimeksi kuluneiden viiden vuoden aikana materiaali solussa, joka tunnetaan nimellä "roskapostin DNA", on itse asiassa osoittautunut roskaksi ollenkaan. Sen sijaan sen osoitettiin tuottavan RNA-molekyylejä, joilla on keskeisiä rooleja alkion kehittymisessä, sekä vaikuttavat syöpään, aivojen toimintaan ja kasvibiologiaan. Ja tiedemiehiä tutkittavien keskeinen alue on ollut epigenetica siitä, miten kasvit tietävät, milloin ne kukkivat.

Epigenetiksessä ympäristö voi tuottaa fysiologisen muutoksen, joka siirtyy sukupolvelta toiselle sukupolvelle; solujen DNA-sekvenssiä ei kuitenkaan koskaan muuteta ja se pysyy täsmälleen samana. Kasvit ovat ihanteellisia mallijärjestelmiä, Sanbonmatsu huomautti, mikä mahdollistaa epigeneettisen muistin tutkimisen (jossa yksi sukupolvi solu muistaa mitä tapahtui edelliselle solun sukupolvelle) hidastetulla liikkeellä.

Tässä artikkelissa keskityttiin RNA-merkkijonoon, joka tunnetaan nimellä COOLAIR, joka ohjaa kevään aikana kasvien kukinnan ajoitusta, koska se tuntee, kuinka kauan laitos on altistunut kylmälle. Kun nämä RNA: t kytketään pois päältä tai poistetaan, kasvit eivät yksinkertaisesti kukoa.

"Kukat voivat tuntua epämuodolliselta verrattuna muuhun kasvien lehtien, varret ja juuret, mutta ne todella pitävät avaimet selviytymiseen kukkaviljelmille", Sanbonmatsu sanoi.

"Itse asiassa laitoksen lisääntymistaloudellinen menestys riippuu kriittisesti kukkaviljelyn täsmällisestä ajankohdasta keväällä. Meidän löydöksemme, joka etsii mekaanisia alusrakenteita COOLAIRin sisällä, on suuri näyttö siitä, että RNA: t voivat olla enemmän koneita ja ne auttavat tätä toteutusta sisäisestä kalenterista ", hän totesi.

Tämä kukinnan ajoitus herättää uteliaan ilmiön, siinä mielessä, että kasvit kukkivat vain tietyn määrän päiviä altistuakseen kylmälle säälle: Kasvit muistavat tehokkaasti kuinka monta päivää sitten talven kuolleet osuvat.

"Ne, jotka muistivat ilman aivoja tai keskushermostoa, ovat salaperäisiä. Monet ihmiset antavat rahansa RNA: lle, DNA: n molekyylikamariin", Sanbonmatsu sanoi. Giganttisten RNA-molekyylien uskotaan olevan tärkeässä asemassa tässä prosessissa, mutta kukaan ei tiennyt, miltä he näyttivät tai miten he työskentelivät. Los Alamos-UK-yhteistyö tuotti yhden tällaisen molekyylin ensimmäisistä 2-D-karttoista. Molekyyli, jota kutsutaan COOLAIRksi, pidetään nyt keskeisenä kappaleena kasvien muistissa.

COOLAIR on yksi molekyyliluokasta, jota kutsutaan pitimättömäksi koodaamattomaksi RNA: ksi (lncRNA, pronounced "link RNA"). Vaikka on osoitettu, että monet näistä lncRNA: sta ovat tärkeitä tärkeissä biologisissa prosesseissa, niiden tarkka toiminta ei ollut tiedossa. Tutkijat alkavat ymmärtää, että lncRNA: t näyttävät ohjaavan erilaisia ​​epigeneettisiä prosesseja kasvien ja nisäkkäiden epigenetik- siin ja kehitykseen.

COOLAIR näyttää olevan repressorin repressori, joka auttaa hallitsemaan sisäisiä antureita, jotka kertovat tehtaalle, on aika lopettaa kukintaprosessin pitäminen, että sää näyttää taipuvan kohti kukinta-aikaa. Ensimmäinen repressori on proteiini nimeltä FLC (kukinnan sijainti C). Tämä repressori sammuttaa kukinnan syksyllä ja talvella. COOLAIR puolestaan ​​tukahduttaa FLC: n, joka mahdollistaa kukinnan, mutta vain 4-6 viikon kuluttua altistumista kylmille lämpötiloille.

"Tämä työ kertoo keskustelusta ei-koodaavien transkriptien funktionaalisesta merkityksestä, joita ei ole säilytetty sekvenssitasolla, mikä on lisännyt työtä", sanoo paperin coauthor Caroline Dean, John Innes Center, Iso-Britannia.

"Alun perin löysimme COOLAIR: n puolueettomasta etsinnästä kylmän aiheuttamille tekijöille. Sitten käytimme erilaisia ​​geneettisiä ja siirtogeenisiä lähestymistapoja osoittamaan niiden toimivuutta epigeneettisessä äänenvaimennusmekanismissa, joka vaihtaa FLC: n pois pitkäaikaisen kylmän altistuksen aikana", hän totesi.

COOLAIR-projekti on yhteistyössä kasvigepenetiikan johtajan Deanin ja John Innes Centerin, Yhdistyneen kuningaskunnan kanssa. Los Alamos-tiimi kehitti COOLAIRin rakenteet ja Deanin tiimi, mukaan lukien ensimmäinen kirjailija Emily Hawkes, teki elävistä kasveista mutaatioita, joiden avulla rakenteiden validoitumista voitaisiin helpottaa.

"Ensimmäinen askel on löytää 2-D-rakenne, jossa esitetään kolmiulotteisen rakenteen arkkitehtoniset mallit. Joten tämä on Los Alamosin joukkue, " Sanbonmatsu sanoi. "Rikosomikentästä lainattujen biokemististrategioiden avulla kysyimme näiden RNA: n 2-D-rakenteita ja huomasimme, että ne olivat täynnä erittäin monimutkaisia ​​rakenteita, ei toisin kuin ribosomi."

"Koska olemme kuluneet yli vuosikymmenen ajan ribosomin (molekyyli kone, joka lukee geneettistä tietoa), me tiesimme tarkalleen, mitä tehdä jättimäisten RNAs, " Sanbonmatsu sanoi.

menu
menu