Новые подсказки к тому, как растения сохраняют здоровые геномы, избегая митохондриальных заболеваний

Прочитано: 83 раз(а)
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (1 голосов, среднее: 5,00 из 5)
Loading ... Loading ...


Опустошение митохондриальных заболеваний ощущают на себе миллионы людей во всем мире и примерно 1 из каждых 4300 человек в США.

Механизм этих заболеваний, которые могут привести к плохому росту, мышечной слабости, неврологическим проблемам и многому другому, лежит в генах внутри митохондрий, которые являются клеточными органеллами, производящими энергию клетки. Митохондриальные геномы, которые наследуются только от матери, отделены от ядерных геномов, о которых мы склонны думать и которые наследуются в равной степени от матери и отца.

У людей и других животных митохондриальные геномы имеют чрезвычайно высокую частоту мутаций, и эти мутации очень легко передаются от матери к ребенку. Ученые стремятся узнать больше о том, почему происходят такие высокие темпы мутаций и что можно сделать, чтобы остановить их, чтобы митохондриальные заболевания могли уйти в прошлое.

Биологи Университета штата Колорадо ищут ответы на эти самые вопросы, но они не медицинские исследователи , а биологи растений. Оказывается, людям есть чему поучиться у растений с генетической точки зрения, как сохранить наши митохондриальные геномы свободными от мутаций, вызывающих болезни.

Как растения испытывают митохондриальные мутации?

Аманда Броз, научный сотрудник лаборатории Дэна Слоана, доцента кафедры биологии, провела недавнее исследование, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences , которое проливает новый свет на то, как растения, хотя и редко, испытывают мутации в своих митохондриальных клетках . геномы. В отличие от людей, растения способны быстро исправлять эти мутации и, что более важно, не передавать их своему потомству.

В предыдущей работе Слоан и члены его лаборатории выдвинули гипотезу о том , что гены, ответственные за репликацию, рекомбинацию и восстановление ДНК в органеллах растений, таких как митохондрии и хлоропласты, могут участвовать в поддержании здоровья этих органелл и отсутствии мутаций. Они оттачивали ген под названием гомолог 1 MutS, или сокращенно MSH1, который встречается у растений, но не у людей. Создавая растения в лаборатории с мутациями в этом гене, они обнаружили доказательства того, что этот ген имеет решающее значение для поддержания низкого уровня митохондриальных мутаций у растений.

Затем последовал более подробный анализ, поскольку они стремились понять, как мутации в геномах как митохондрий, так и хлоропластов распространяются как внутри растения, так и между поколениями. Они обнаружили и подробно изложили в своей новой статье, что растения очень хорошо сортируют нормальную (хорошую) и мутантную (больную) ДНК. Как только процесс сортировки произошел, вступает в действие естественный отбор : потомство, унаследовавшее больную ДНК, имеет меньше шансов выжить, поэтому мутация не передается потомству.

Напротив, больная ДНК у людей, как правило, смешивается с хорошей и передается из поколения в поколение, потому что эта способность к сортировке гораздо менее эффективна. С технической точки зрения, растения удаляют гетероплазмию — наличие как мутантной, так и немутантной ДНК — из своих клеточных компартментов гораздо быстрее и эффективнее, чем их аналоги животных и человека.

Исследователи отслеживали митохондриальные мутации, которые они идентифицировали у вида под названием Arabidopsis, во времени и пространстве, используя чувствительный метод, называемый цифровой ПЦР с каплями. Этот метод позволил им проанализировать количество мутантной ДНК по сравнению с нормальной митохондриальной ДНК в этих растениях.

И вернемся к этому особому гену: используя мутантные растения, которые они вырастили в лаборатории, биологи CSU обнаружили, что функциональные копии MSH1 ускоряют процесс сортировки ДНК в митохондриях растений. Они считают, что MSH1 отвечает за первое выявление мутаций в митохондриальной ДНК и их исправление. Однако, если по той или иной причине мутация сохраняется, MSH1 также может быстро отделить эту мутацию от нормальной ДНК.

«Что действительно здорово в нашей работе, так это то, что она иллюстрирует, как природа разработала множество способов борьбы с мутациями в геномах органелл», — сказал Броз. «Мы знаем, что митохондриальные мутации являются одним из ключевых факторов, ведущих к старению и болезням у людей. Знание того, как растения и другие организмы поддерживают такую ​​низкую скорость митохондриальных мутаций, может помочь нам лучше понять, как этот процесс идет неправильно у людей, и, возможно, как это можно исправить».

Исследователям есть чему поучиться у своих растений-мутантов . Затем они создают математическую модель , которая пытается понять, какие клеточные силы ответственны за различные скорости сортировки ДНК органелл, которые они наблюдали у растений, и какую роль в этом процессе играет MSH1. Эту часть проекта возглавляют сотрудники Бергенского университета в Норвегии. Они также хотят выяснить, оказывает ли MSH1 такое же влияние на сортировку митохондриальной ДНК в других типах растений, помимо арабидопсиса, например, в деревьях, которые имеют очень разные модели развития.

Новые подсказки к тому, как растения сохраняют здоровые геномы, избегая митохондриальных заболеваний



Новости партнеров