Когда здание повреждено, генеральный подрядчик часто наблюдает за работой различных субподрядчиков - монтажников, электриков, сантехников и монтажников гипсокартона - чтобы гарантировать, что ремонт будет выполнен в правильном порядке и вовремя.
Точно так же, когда ДНК повреждена, молекулярный генеральный подрядчик наблюдает за сетью генетических субподрядчиков, чтобы обеспечить правильное и своевременное выполнение разнообразных клеточных задач, необходимых для защиты и восстановления генома.
Ученым уже давно известно, что главный ген под названием SOG1 действует как генеральный подрядчик по восстановлению, координируя свои действия с различными генетическими субподрядчиками растительной клетки, чтобы обеспечить эффективную реакцию на повреждение ДНК. Но было неясно, какие именно гены были среди субподрядчиков, и как SOG1 взаимодействовал с ними, чтобы наблюдать за реакцией на повреждение ДНК..
Теперь исследователи из Института Солка сообщают, какие гены включаются или выключаются и в каком порядке для управления клеточными процессами, необходимыми для защиты и восстановления генома в ответ на повреждение ДНК. Исследование, опубликованное в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences в течение недели с 10 октября 2018 года, раскрывает генетическую основу, контролирующую сложный биологический процесс, который имеет большое значение для понимания того, как растения в частности и организмы в целом справляются с с повреждением ДНК для обеспечения долговременного здоровья и физической формы.
«Точно так же, как здание со структурными повреждениями может быть небезопасным, клетки с повреждениями ДНК, которые остаются незамеченными или не отремонтированными, могут быть опасными», - говорит доцент Джули Лоу, старший автор статьи.«Тем не менее, время и общая координация событий, происходящих после обнаружения поврежденной ДНК, остаются плохо изученными. Действует ли SOG1 как микроменеджер, прямо указывая каждому субподрядчику задачу, или у него больше роль невмешательства? мы на один шаг приблизились к пониманию того, как реакция на повреждение ДНК координируется с течением времени для поддержания стабильности генома».
Чтобы лучше понять динамику регуляции генов во время реакции на повреждение ДНК и определить непосредственную роль SOG1 в этой реакции, Ло и ее команда провели серию экспериментов с Arabidopsis thaliana, сорняком, обычно используемым для генетических исследований.. Они вырастили два набора саженцев арабидопсиса: один набор был нормальным; другой набор содержал мутированную версию гена SOG1, что делало его нефункциональным.
Команда подвергла оба набора растений сильному ионизирующему излучению, чтобы создать двухцепочечные разрывы ДНК. Затем они проанализировали изменения экспрессии генов по сравнению с необлученным контролем в шести временных точках в диапазоне от 20 минут до 24 часов. Они обнаружили, что экспрессия примерно 2400 генов повышалась или понижалась в ответ на повреждение ДНК в течение этого периода времени, почти все из которых зависели от присутствия SOG1. Однако они обнаружили, что только около 200 - или около 8 процентов - были непосредственно активированы SOG1, что выявило первый слой сложной сети регуляции генов и показало, что SOG1 берет на себя более «невмешательство» в роль надзирателя.
Чтобы понять, что делают эти приблизительно 2400 генов, группа Лоу ввела свои данные в компьютерную программу под названием DREM, которая идентифицирует гены с похожими паттернами экспрессии в течение всего 24-часового периода исследования. Это привело к идентификации 11 групп генов, которые действуют в разных временных масштабах и играют известные или предсказанные роли в различных аспектах реакции растений на повреждение ДНК.
«Интересно получить больше ясности в отношении конкретных генных сетей и подсетей, участвующих в реакции на повреждение ДНК, а также их времени, чего раньше не делали», - говорит Ло.
В дополнение к информированию о стратегиях улучшения здоровья сельскохозяйственных культур за счет поддержания стабильности генома эта работа может также пролить свет на консервативные аспекты реакции на повреждение ДНК у других организмов, поскольку существует много параллелей между SOG1 и геном у животных, который имеет аналогичную функцию «генерального подрядчика» - ген p53, супрессор опухоли, известный своей ролью в борьбе с повреждением ДНК для предотвращения рака.
Далее лаборатория планирует изучить роли новых факторов, участвующих в реакции на повреждение ДНК, на основе профилей их экспрессии, а также продолжить изучение сети генов, прямо или косвенно контролируемых SOG1.
Другими авторами статьи были Клара Бурбусс и Нираджа Вегесна из Солка.
Работа финансировалась Фондом Риты Аллен, Фондом Херста, стипендией Фонда Катарины, Фондом Джесси и Кэрил Филипс, Фондом медицинских исследований Гленна, Фондом Чепмена и Благотворительным фондом Хелмсли.