Arabidopsis thaliana
© Cold Spring Harbor LaboratoryArabidopsis thaliana je biljna vrsta koja se široko koristi za temeljna biološka otkrića. Uz pomoć ovog svestranog testnog subjekta, znanstvenici CSHL-a sada su otkrili tajne procesa koji pomaže u kontroli nasljeđa.
Kada organizmi predaju svoje gene budućim generacijama, oni uključuju više od koda zapisanog u DNK. Neki također nose kemijske markere koji govore stanicama kako koristiti taj kod. Prijenos ovih markera budućim generacijama poznat je kao epigenetsko nasljeđe. Posebno je čest u biljkama. Dakle, značajna otkrića ovdje mogu imati implikacije na poljoprivredu, zalihe hrane i okoliš.

Profesori Cold Spring Harbor Laboratorija (CSHL) i istraživači HHMI Rob Martienssen i Leemor Joshua-Tor istražuju kako biljke prolaze uz markere koji drže transpozone neaktivnima. Transpozoni su također poznati kao skačući geni. Kada su uključeni, mogu se kretati i ometati druge gene. Kako bi utišale i zaštitile genom, stanice dodaju regulatorne oznake određenim DNK mjestima. Taj se proces naziva metilacija. Istraživanje je objavljeno u časopisu Cell.

Martiensen i Joshua-Thor sada su pokazali kako protein DDM1 pravi mjesta za enzim koji stavlja te oznake na nove niti DNK. Biljnim stanicama je potreban DDM1 jer je njihov DNK čvrsto upakiran. Da bi njihov genom bio kompaktan i uredan, stanice omotavaju svoju DNK oko proteina koji se zovu histoni. "Ali blokira pristup DNK za sve vrste važnih enzima", objašnjava Martiensen. Prije nego što dođe do metilacije, "morate ukloniti ili maknuti histone s puta."

Ovaj video prikazuje DDM1 (zeleno) na djelu tijekom diobe stanica. Kako se kromosomi dupliciraju, DDM1 se zakači za kromosome kako bi se omogućilo pričvršćivanje vitalnih kemijskih markera. Zatim, dok se stanica dijeli na dva dijela, DDM1 izlazi, a drugi protein, H3.3 (crveno), veže se za kromosome kako bi spriječio dodavanje viška markera.
Martiensen i bivši kolega iz CSHL-a Eric Richards prvi su otkrili DDM1 prije 30 godina. Od tada su istraživači saznali da DNK klizi duž svojih proteina za pakiranje kako bi otkrio mjesta koja trebaju metilaciju. Martiensen uspoređuje pokret s yo-yo klizanjem po žici. Histoni se "mogu kretati gore-dolje po DNK, izlažući komadiće DNK u isto vrijeme, ali nikada ne otpadaju", objašnjava.

Kroz genetske i biokemijske eksperimente, Martienssen je točno odredio histone koje DDM1 pokreće. Joshua-Tor je koristio krioelektronsku mikroskopiju za snimanje detaljnih slika enzima u interakciji s DNK i povezanim proteinima za pakiranje. Mogli su vidjeti kako se DDM1 zakačio za specifične histone kako bi preoblikovao zapakiranu DNK. "Pokazalo se da neočekivana veza koja povezuje DDM1 odgovara prvoj mutaciji pronađenoj prije toliko godina", kaže Joshua-Thor.
Cell Division
© Cold Spring Harbor LaboratoryOvaj crtani model ilustrira, po prvi put, gdje i kako se protein DDM1 (ljubičasto) zahvaća DNK (bež) tijekom diobe stanica
Eksperimenti su takođe otkrili kako afinitet DDM1 za određene histone čuva epigenetske kontrole kroz generacije. Tim je pokazao da je histon koji se nalazi samo u polenu otporan na DDM1 i da deluje kao čuvar mesta tokom ćelijske deobe. "Pamti gde je histon bio tokom razvoja biljke i zadržava to pamćenje u sledećoj generaciji", kaže Martiensen.

Biljke možda nisu same ovde. Ljudi takođe zavise od proteina sličnih DDM1 za održavanje metilacije DNK. Novo otkriće može pomoći da se objasni kako ti proteini održavaju naše genome funkcionalnim i netaknutim.