Rheostat Epigenetik mengungkapkan bagaimana regulasi gen diwariskan dan dipelihara

What is a Rheostat (Juni 2019).

Anonim

Sementara genom kita mengandung repertoar gen yang luas yang bertanggung jawab untuk hampir semua proses seluler dan proses perkembangan yang diperlukan, itu adalah tarian kompleks yang mengatur ekspresi mereka yang sangat penting bagi program genetika untuk dapat dilaksanakan dengan sukses. Gen harus dinyalakan dan dimatikan pada waktu yang tepat atau, dalam beberapa kasus, tidak pernah dinyalakan atau dimatikan sama sekali.

Metilasi - penambahan tag kimia ke DNA - biasanya mengurangi ekspresi gen termetilasi. Dalam banyak kasus, metilasi DNA dapat dianggap sebagai penghalang jalan pada gen. Semakin termetilasi gen, semakin kecil kemungkinan gen itu akan aktif. Demarkasi genetik seperti itu sangat penting untuk memastikan bahwa gen yang terlibat dalam tahap perkembangan tertentu aktif pada waktu yang tepat, misalnya. Metilasi sangat penting untuk fungsi seluler yang tepat, dan disregulasinya berhubungan dengan penyakit, seperti kanker pada manusia. Meskipun penting, sedikit yang diketahui tentang bagaimana pola metilasi penting diwariskan atau dipelihara. Anggota Lembaga Whitehead Mary Gehring dan laboratoriumnya telah mengidentifikasi mekanisme penting untuk mempertahankan metilasi, yang ketika terganggu, menghasilkan demetilasi sebagian besar genom tanaman Arabidopsis. Pekerjaan mereka dijelaskan minggu ini di jurnal Nature Communications.

Menggunakan gen yang tidak biasa di tanaman Arabidopsis, Gehring sedang menggoda mekanisme yang mendukung metilasi. Dengan memecah "rangkaian" gen unik ini, Gehring dan Ben Williams, peneliti pascadoktoral di laboratoriumnya, telah mendapatkan wawasan penting tentang bagaimana metilasi dipertahankan, termasuk temuan mengejutkan bahwa metilasi yang sebelumnya terhapus dapat dikembalikan dalam keadaan tertentu.

Untuk lebih memahami sifat mudah terserang methylation, Gehring dan Williams melihat secara dekat pada anomali, gen ROS1 pada tanaman Arabidopsis, yang mengkodekan protein yang menghilangkan metilasi dari gennya sendiri serta gen lainnya. Sebelumnya, Gehring dan Williams telah menentukan bahwa metilasi ROS1 sebenarnya berfungsi dengan cara yang berlawanan sepenuhnya dari paradigma yang ada — tidak seperti kebanyakan gen, ketika bagian pendek gen ini dimetilasi, gen sebenarnya diaktifkan bukannya diinaktivasi. Sebaliknya, jika dimetilasi, gen dihidupkan. Sebagai hasilnya, ROS1 dapat bertindak sebagai rheostat untuk genom Arabidopsis: Ketika metilasi meningkat, ROS1 menyala dan mulai membuang gugus metil, dan ketika metilasi menurun, ROS1 menutup dan mengurangi aktivitas demetilasinya.

Dalam penelitian saat ini, Williams mengubah metilasi di ROS1 sehingga aktivitasnya dipisahkan dari tingkat metilasi dalam genom, untuk melihat pengaruh apa yang akan terjadi pada metilasi di seluruh genom. Ketika dia menganalisis metilasi tanaman, itu rusak. Metilasi telah hilang di seluruh genom dan semakin menurun pada generasi berikutnya, kecuali di bagian tertentu dari genom yang disebut heterochromatin-area genom yang sangat ditekan. Menariknya, Williams menemukan bahwa, terlepas dari perubahan dari rangkaian regulasi ROS1, bagian heterokromatik dari genom ini benar-benar mendapatkan kembali metilasi dan mendekati metilasi penuh oleh generasi keempat — titik waktu yang sama di mana sisa genom telah kehilangan banyak metilasi.

Para peneliti menentukan bahwa rangkaian ROS1 yang mereka temukan penting untuk homeostasis metilasi karena menyebabkan hilangnya metilasi yang hilang saat terganggu. Namun, metilasi kembali di beberapa lokasi, meskipun tidak segera, menunjukkan bahwa Arabidopsis memperbesar beberapa mekanisme untuk mempertahankan homeostasis metilasi. Gehring dan Williams tertarik oleh keterlambatan dalam remetilasi dan bekerja untuk mengidentifikasi penyebabnya serta mekanisme lain yang mungkin juga bekerja mengatur proses kritis ini.

menu
menu