Roślina potrafi przetrwać suszę dzięki mechanizmom aktywacji genów potrzebnych do pokonania trudnych warunków. Każdy żywy organizm reguluje aktywność wybranych genów w poszczególnych komórkach. W procesach tych uczestniczą histony – białka, na które nawinięta jest podwójna nić DNA. Gdyby naukowcy poznali ich działanie, mogliby w przyszłości wykorzystać tę wiedzę przy tworzeniu terapii przeciwnowotworowych lub w hodowli roślin.
Weronika Sura, doktorantka z Uniwersytetu Adama Mickiewicza w Poznaniu, postanowiła sprawdzić, jak działa pewien specyficzny wariant histonowy H2A.Z. W tym celu prowadziła tzw. eksperymenty suszowe, czyli ograniczała podlewanie rośliny modelowej: rzodkiewnika pospolitego. Roślina modelowa to jeden określony organizm, z którego korzysta wielu badaczy, dzięki czemu można porównywać wyniki wszystkich eksperymentów. Badania były warte roślinnych ofiar – okazuje się, że H2A.Z to bardzo interesujące białko.
„Każdy organizm ma zestaw genów potrzebnych do normalnego funkcjonowania. Ale rośliny, które nie mogą uciec przed niebezpiecznymi warunkami środowiska, muszą się do nich dostosować. Stres spowodowany suszą sprawia, że roślina – mimo braku wody – próbuje jak najdłużej funkcjonować. Produkuje białka, które radzą sobie ze stresem osmotycznym. W tym celu zmienia aktywność wielu genów, podczas gdy geny niepotrzebne do przeżycia są wyciszane” – tłumaczy Weronika Sura.
Razem z grupą badawczą prof. Jana Sadowskiego doktorantka wykonała analizy całogenomowe, czyli przebadała ponad 20 tys. genów rośliny. Wykonała eksperymenty suszowe, a powtarzalność wyników była kontrolowana poprzez pomiar zawartości wody w roślinach. Zmiany w aktywności genów porównywała z danymi nt. obecności białka H2A.Z. Okazało się, że wariant histonowy H2A.Z jest usuwany w trakcie aktywacji genów. Jest go znacznie więcej w przypadku genów, które – po zadziałaniu jakiegoś czynnika – mocno zmieniają aktywność. To zaś może oznaczać, że najprawdopodobniej białko to ma właściwości regulacyjne, i dzięki temu m.in. w sytuacjach stresowych pomaga dostosować poziom aktywności określonych genów.
Rolę wariantu histonowego H2AZ w regulacji aktywności genów u rośliny modelowej, rzodkiewnika pospolitego, Weronika Sura badała w ramach Diamentowego Grantu Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego. Prace kontynuuje już jako kierownik drugiego własnego grantu, Preludium, przyznanego przez Narodowe Centrum Nauki. W rozmowie z PAP odsłania genezę i szczegóły badań wykonywanych na potrzeby doktoratu.
„Po tym, jak odkryto budowę łańcucha DNA, który koduje informację genetyczną, ruszyły technologie sekwencjonowania genomu. Z początku sądzono, że o tym, jak organizm wygląda i funkcjonuje, decyduje realizacja informacji genetycznej – tego, co jest zawarte w DNA, plus wpływu środowiska. Później okazało się, że jest jeszcze inny poziom regulacji aktywności genów: mechanizmy epigenetyczne” – opowiada badaczka.
Weronika Sura zwraca uwagę, że w każdej komórce informacja genetyczna jest taka sama, ale komórki jednak różnią się od siebie (choćby te w różnych tkankach i narządach). A zatem nie może być tak, że w przypadku każdej komórki cała informacja genetyczna jest wykorzystywana w ten sam sposób. Niektóre geny są aktywne tylko w określonych komórkach, np. oka czy wątroby. Również na poszczególnych etapach rozwoju organizmu niektóre geny muszą być włączane, inne – wyłączane.
„Możemy sobie wyobrazić, że w naszym rozwoju płodowym potrzebne były geny odpowiadające za wykształcenie palców. Gdy palce się wykształciły, potrzebne do tego geny musiały zostać wyłączone. Podobnie regulowana jest cała informacja genetyczna – a dokładniej sposób, w jaki jest ona przepisywana na budujące nas białka. Steruje tym nie tylko genom, ale i mechanizmy epigenetyczne” – wyjaśnia rozmówczyni PAP.
DNA w komórkach jest upakowane i ściśle oddziałuje z białkami – histonami. Są to białka, na które nawinięta jest podwójna nić DNA. Ciekawostką jest, że gdyby rozwinąć całe nasze DNA z jednej komórki, to nić miałaby długość 2 metrów. Jednak owe „szpule”, jakimi są histony, mają dodatkowo bardzo istotną rolę w regulowaniu aktywności genów.
„Histony mają wpływ na to, czy dane DNA będzie odsłonięte, czy zasłonięte dla czynników przepisujących informację genetyczną, a więc prowadzących do aktywności genu. Chromatyna, czyli kompleks DNA z białkami, może być w formie rozluźnionej – dostępnej, albo skondensowanej – niedostępnej dla owej transkrypcji. Rejony niedostępne to zapis genów o małej aktywności – i odwrotnie” – wyjaśnia Weronika Sura.
Dodaje, że histony mogą podlegać różnym modyfikacjom, czyli dołączaniu różnych grup chemicznych. Kod histonowy, czyli przyłączanie określonych grup chemicznych do określonych miejsc w histonach – koreluje z większą lub z mniejszą aktywnością genów. Istnieje też histon o nazwie H2A. Wariant histonowy H2A.Z to białko, które może zastępować H2A, ale ma inne właściwości fizykochemiczne.
Zarówno mutacje w genach, jak i modyfikacje epigenetyczne, mogą prowadzić do chorób. Badacze zauważyli, że w pewnych rodzajach nowotworów, np. w raku piersi, ilość histonu H2A.Z jest zaburzona. Na razie szukają jednak informacji na poziomie nauki podstawowej, na czym ta zależność w ogóle polega.
Wygląda na to, że H2A.Z występuje u wszystkich organizmów zawierających jądro komórkowe – u ludzi, zwierząt, roślin oraz u mniej złożonych organizmów. Gdybyśmy go nie mieli, nie moglibyśmy rozwijać się i żyć. Dodatkowo białko to bardzo mało zmieniało się w toku ewolucji. Wariant H2A.Z z roślin jest bardzo podobny do ludzkiego H2A.Z. Dlatego konkluzje z badań u rośliny modelowej są adekwatne nie tylko do innych roślin, ale mogą być prawdziwe dla całego świata ożywionego – przynajmniej na poziomie epigenetyki.
źródło: www.naukawpolsce.pap.pl
