Keabadian dalam pertukaran untuk ketidaksuburan? • Alexey Timoshenko • Berita sains mengenai "Unsur" • Genetik

Keabadian dalam pertukaran untuk ketidaksuburan?

Nematode C. elegans (warna membolehkan anda memilih nukleus sel). Foto dari en.wikipedia.org

Sekumpulan saintis dari Universiti Perubatan Arkansas (Little Rock, Amerika Syarikat) yang diketuai oleh Robert Schmuckler Rice berjaya mencapai sepuluh kali ganda – satu rekod setakat ini – peningkatan dalam jangka hayat cacing nematod. Disebabkan hanya satu perubahan dalam gen umur-1, mereka berjaya mendapatkan individu yang memberikan jangka panjang, tahan terhadap pelbagai racun, tetapi pada masa yang sama benar-benar anak yang steril.

Nematoda (Roundworm) Caenorhabditis elegans – Satu organisma model kegemaran ahli biologi. Jika contoh bakteria E. coli ahli biologi mengkaji prokariot, contohnya, yis Saccharomyces cerevisiae – organisma bersel satu kemudian C. elegans, bersama-sama dengan lalat buah dan tikus makmal, merupakan objek yang sangat diperlukan untuk mengkaji haiwan multiselular.

Ahli biologi menyukai cacing sebahagiannya kerana ketelusan dan kadar pembiakan (kitaran penuh pembangunan C. elegans adalah kira-kira tiga hari). Dan walaupun C. elegans hampir tidak dapat dilihat dengan mata manusia (ia hanya mencapai 1 mm panjang), selama beberapa dekad penyelidikan, yang sebahagiannya ditujukan kepada masalah-masalah penuaan organisma,Cacing kecil ini telah memberi banyak manfaat kepada manusia – ahli biologi molekular, pakar embriologi, dan juga pakar neurobiologi telah bekerja dan terus bekerja dengannya (cacing itu mempunyai sistem saraf tiga ratus neuron).

Setakat ini, C. elegans Terdapat kira-kira 80 mutasi yang menjejaskan jangka hayat. Secara khusus, sebelum ini dicatat bahawa pelanggaran cascades molekul yang berkaitan dengan hormon penting (hadir pada manusia) – faktor pertumbuhan insulin IGF-1 (faktor pertumbuhan insulin seperti IGF-1), menyebabkan lebihan tiga kali ganda jangka hayat semulajadi nematoda C. elegans (dan memberi kesan yang sedikit lebih kecil apabila bekerja dengan spesies lain, seperti tikus). Bagaimanapun, dalam sebuah karya yang diterbitkan baru-baru ini dalam jurnal Sel penuaanRekod ini telah melebihi tiga kali ganda. "Mengetuk" salah satu enzim dalam lekukan faktor pertumbuhan seperti insulin tidak memberikan tiga kali ganda, tetapi peningkatan sepuluh kali ganda dalam jangka hayat: beberapa nematoda eksperimen hidup sembilan bulan.

Dalam mana-mana organisma – walaupun unisel – terdapat beberapa cascade molekul yang direka untuk memindahkan maklumat tentang pengaruh luar atau perubahan dalam persekitaran dalaman kepada mekanisme yang kompleks untuk mengawal ekspresi gen.Isyarat yang tiba di reseptor membran sel (contohnya, jika molekul reseptor berinteraksi dengan molekul hormon isyarat, neurotransmitter, atau ubat) mencetuskan rantaian transformasi yang kompleks, seperti menukar konformasi protein, menambah dan membuang kumpulan fosfat, memangkinkan dan menghalang pelbagai tindak balas biokimia). Pada setiap peringkat transformasi, kedua-dua penguatan isyarat dan perpindahannya kepada bahagian yang diperlukan – kepada faktor nukleus dan transkripsi yang mengawal transkripsi DNA daripada gen tertentu berlaku.

Gambar rajah litar molekul IGF-1 (Jalur Isyarat yang diasingkan oleh IGF-1). Rajah. dari laman web www.grt.kyushu-u.ac.jp (di sana semua faktor dalam angka dapat diklik)

Bahan-bahan yang mampu mencetuskan lekukan molekul termasuk, khususnya, faktor pertumbuhan insulin dan insulin IGF-1. Cawangan cascades molekul yang dicetuskan oleh reseptor insulin membawa kepada fakta bahawa peptida yang agak pendek (51 amino acids) ini mempengaruhi proses-proses dari metabolisme glukosa dan pengawalan tekanan darah pada permulaan penyakit neurodegenerative. Satu rangkaian 70 asid amino yang sama dalam struktur molekul, IGF-1, sudah memainkan peranan yang berbeza.Faktor pertumbuhan seperti insulin terlibat dalam proses pembezaan dan pertumbuhan sel, dan bahkan boleh menyebabkan menyekat apoptosis – kematian sel yang diprogram. IGF-1 juga terlibat dalam pengawalan sintesis hormon somatotropik (yang pada manusia, sudah pada peringkat organisma secara keseluruhannya, bertanggungjawab untuk pertumbuhan tulang pada kanak-kanak dan remaja), pada masa yang sama mempengaruhi sintesis dan pecahan protein dan sekali lagi tahap glukosa dalam darah.

Litar isyarat yang dicetuskan oleh faktor pertumbuhan seperti insulin agak kompleks. IGF-1 pertama berinteraksi dengan reseptor khas, maka isyarat disampaikan dengan penyertaan enzim phosphatidyl-inositol-3-kinase kelas pertama (PI3KCS) kepada empat protein kinase yang berlainan dan sudah mula kinase kepada nukleus dan genom (di mana ungkapan gen bermula atau berhenti). Adalah mungkin untuk campur tangan dalam kerja lata ini pada peringkat yang berbeza, melumpuhkan gen ini atau yang lain, dan campur tangan semacam itu sering membawa kepada perubahan dalam jangka hayat cacing.

Dalam kerja-kerja saintis Amerika mempelajari mutasi yang tidak masuk akal (yang membawa kepada gangguan sintesis protein: bukan codon pengekodan asid amino seterusnya dalam rantai, kod codon muncul) gen umur-1pengekodan protein PI3KCS. Sebelum ini, pelanggaran bahagian lain rantaian isyarat dikaji pada mutasi gen lain – contohnya, gen daf-2 (pengekodan reseptor IGF-1) dan daf-12 (faktor pengekodan transkripsi). "Mengetuk" kedua-dua gen ini memberikan satu rekod sebelumnya – kehidupan nematoda diperpanjang sebanyak 4.4 kali. Tetapi ini masih bukan urutan magnitud dan, lebih-lebih lagi, kerana gabungan dua mutasi (dan bukannya satu, seperti dalam kes umur-1).

Padi dan rakan sekerja berjaya mendapatkan anak daripada mutan oleh gen umur-1yang sebelum ini dianggap tidak mencapai umur matang pada prinsipnya. Ibu bapa nematod mutan adalah heterozigot – dengan salinan gen yang boleh dilaksanakan dan oleh itu, dengan fisiologi normal. Iaitu, dalam sel-sel diploid mereka, hanya satu set kromosom yang membawa mutasi gen yang menarik kepada kami. umur-1. Kesan mutasi ini menunjukkan dirinya hanya dalam 1/4 dari keturunan, yang (selaras dengan undang-undang pusaka Mendelian) menerima kedua-dua set bahan genetik dengan mutasi dalam gen umur-1. Separuh ini mutan homozigot generasi pertama membawa sejumlah enzim ibu dan kerana ini dapat membawa anak (tanpa PI3K, proses pembentukan sel kuman tidak berakhir).Mutant mampu berkembang pada suhu rendah (15-20 ° C dan bukannya normal 25 ° C, di mana, seperti beberapa penunjuk yang menunjukkan sebelum ini, pembangunan dihentikan pada peringkat larva) dan untuk mendapatkan generasi kedua – menarik kerana mereka tidak mempunyai warisan enzim telur ibu PI3KCS; dalam pengertian yang ketat, nematoda ini yang mengalami semua kesan mutasi.

Mutan Homozygus generasi kedua hidup sepuluh kali lebih lama daripada biasa C. elegans. Tetapi pada masa yang sama mereka steril: ketiadaan lengkap PI3KCStermasuk ibu bapa, yang tidak hanya memanjangkan umur, tetapi juga kemandulan. Jadi pemotongan litar molekul yang sedia ada (iaitu, pemotongan yang sedia ada, dan bukan tambahan beberapa gen baru!) Masih tidak lulus untuk mereka tanpa apa-apa.

Persoalan semulajadi timbul: mungkin pada dasarnya untuk melanjutkan hasil kajian terhadap mamalia? Lagipun, tikus dengan mutasi yang mempengaruhi lekapan IGF-1 juga hidup lebih lama daripada biasanya, tetapi hanya 1.7 kali dan pada masa yang sama sekatan tambahan tambahan diperkenalkan untuk mereka. Jadi mungkin ada kemungkinan untuk membayar ganti rugi kepada gen yang berkaitan umur-1 kemandulan dan tinggalkan saja sepanjang hayat?

Satu siri data menunjukkan bahawa mustahil – sekurang-kurangnya dalam satu tindakan. IGF-1 dan enzim-enzim yang berkaitan terlibat, sekurang-kurangnya, juga dalam proses metabolik (kajian terperinci mengenai kumpulan penulis yang sama berjanji untuk menerbitkan dalam masa terdekat). Selain itu, cacing lama juga terbukti lebih tahan terhadap hidrogen peroksida, tetapi kurang tahan terhadap suhu tinggi (35 ° C) berbanding dengan cacing konvensional. Jika satu gen menjejaskan pelbagai proses sedemikian, maka apa yang dapat kita katakan mengenai interaksi beberapa gen berkaitan pematangan telur?

Sumber: Srinivas Ayyadevara, Ramani Alla, John J. Thaden, Robert J. Shmookler Reis. Ketahanan panjang dan tekanan rintangan nematod PI3K-null mutan // Sel penuaan. 2208. V. 7. № 1. P. 13-22 (10) (teks penuh – PDF, 450 Kb).

Alexey Timoshenko


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: