Een document die ontdekkingen over de rol van een gen dat in alle dieren beschrijven belangrijk zijn wordt, installaties, en paddestoelen gepubliceerd in de 20 kwestie van Juli 2004 van de dagboekWerkzaamheden van de Nationale Academie van Wetenschappen.
Één van de ontdekkingen is dat het gen, genoemd RAD51, een essentiële rol in het proces speelt om het genetische materiaal in chromosomen tijdens seksuele reproductie in installaties opnieuw te combineren. In mensen, kunnen de tekorten in dit proces een foetus veroorzaken om abnormale aantallen chromosomen te hebben, resulterend in onvruchtbaarheid, mislukkingen, of geboortetekorten. De nieuwe ontdekkingen over de rol van het gen in installaties stellen voor dat het ook een essentiële rol in de productie van sperma en eicellen in mensen en andere zoogdieren kan hebben.
Één van de meest verrassende resultaten van het onderzoek is dat het gen RAD51 niet essentieel voor overleving in installaties is, aangezien het gekend om in zoogdieren is te zijn. „Het is goed - geweten dat een muisfoetus dat twee gebrekkige exemplaren van het gen erft RAD51 zeer spoedig na conceptie, zodat zal sterven waren wij vrij verrast om te vinden dat onze mutantinstallaties, die twee gebrekkige exemplaren van dit gen hebben, zich vrij normaal ontwikkelen--behalve dat zijn zij steriel,“ rapporten Hong Ma, professor van biologie bij de Universiteit van de Staat Penn en de leider van het onderzoekteam dat de ontdekkingen in samenwerking met de Groep van Bernd Reiss in het Max Planck Instituut voor het Onderzoek van het Fokken van de Installatie in Keulen, Duitsland maakte.
Het werk van het team openbaart specifieke functies van de eiwitproducten van het gen RAD51, met inbegrip van het in paren rangschikken van compatibele chromosomen--de structuren die de genen van de cel bevatten--tijdens het proces van meiosis, wanneer de reproductieve cellen zich van een organisme tijdens zijn ontwikkeling vormen, en ook het herstellen van onderbrekingen in de chromosomen die tijdens dit en ander proces voorkomen. „Ons onderzoek leidt ons tot verdachte die de onderbrekingen van de cellenreparatie in hun DNA op een verschillende manier van zoogdiercellen, die enkel ophouden groeiend als het gen RAD51 niet functioneert,“ Ma zeggen planten.
De Meiosis produceert de cellen van seksuele reproductie, zoals zaadcellen en eicellen, die slechts één enkele bundel van elk van het kenmerkende aantal van het organisme chromosomen bevatten. Later, wanneer het rijpe sperma en de eicellen combineren, zal het nieuwe individu zijn volledige aanvulling van DNA hebben--de helft van de moeder en de helft van de vader. Veel van het onderzoek van het team wordt geconcentreerd op het herschikken van genetisch materiaal tussen twee gelijkaardige chromosomen, dat tijdens meiosis voorkomt wanneer de double-stranded chromosomen in de kern van de cel apart wordt getrokken en door een team van proteïnen tweemaal opnieuw samengebracht, resulterend in vier nieuwe mannelijke of vrouwelijke reproductieve cellen.
De onderzoekers voeren hun studies met een mutantspanning van uit de modellaboratoriuminstallatie, Arabidopsis, waarin het gen RAD51 niet kan functioneren omdat een stuk van buitenlandse DNA in het midden van het gen wordt opgenomen. Ma team ontleedde de uiterst kleine de bloemknoppen van de installatie alvorens zij een kans zich hadden te ontwikkelen, toen zij slechts ongeveer 0.3 of 0.4 millimeter in diameter waren. „Het is belangrijk om de cellen van de uiterst kleine bloemknoppen te bekijken alvorens zij openen omdat de meiosis een gebeurtenis die vóór het begin van de stuifmeelontwikkeling voorkomt,“ Ma verklaart is. „Wij behandelen dan de cellen met chemische producten die hun structuur tegen schade beschermen en dan hen met een chemisch product bevlekken dat ons toestaat om DNA duidelijker te zien dan een ander deel van de cel.
De microscopische beelden van de onderzoekers van meiosis in hun mutantinstallaties openbaarden niet keurige chromosoompakketten maar een chaos van vele gebroken secties chromosomen. „Wij vonden dat de installaties waarin het gen RAD51 niet functioneert niet de secties van hun chromosomen kunnen opnieuw combineren die tijdens meiosis gebroken zijn,“ Ma zegt. De onderzoekers testten bovendien dit het vinden door in de installaties een verandering in een genoemd gen te introduceren, spo-11, dat het eiwitsysteem onbruikbaar maakt dat chromosomen snijdt. „In installaties die in zowel spo-11 als RAD51 gebrekkig zijn, vinden wij intacte chromosomen, niet het allegaartje van chromosoomfragmenten,“ Ma rapporten. „Omdat de chromosomen niet in de eerste plaats worden gesneden, hebt u werkelijk niet RAD51 nodig om het te herstellen.“ Deze experimenten tonen aan dat RAD51 een essentiële rol in de biochemische reparatie van DNA tijdens nieuwe combinatie heeft. Zij stellen ook vast dat dit systeem om gebroken chromosomen te herstellen, dat eerder gekend om in dieren en paddestoelen was voor te komen, in installaties, eveneens voorkomt.
De RAD51 gencodes voor een type van enzym als een recombinase wordt bekend, die het ruilen, of „oversteekplaats,“ van DNA- secties tussen zeer gelijkaardige, of „homologe“ chromosomen dat katalyseert. Bij conceptie, erft een individu één exemplaar van een chromosoom van zijn vader en een ander zeer gelijkaardig maar niet precies identiek exemplaar van zijn moeder. Dit het ruilen van DNA--een proces als nieuwe combinatie wordt bekend die--is belangrijk voor het produceren van diversiteit onder individuen binnen de zelfde familie en door volledig de bevolking.
Deze zeer gelijkaardige molecules van DNA, waarlangs de specifieke genen op het zelfde punt op elke bundel liggen, worden samengebracht door de moleculaire machines van de cel die twee-chromosoom een structuur te vormen als een homoloog paar wordt bekend. Omdat DNA langs elk chromosoom zo gelijkaardig is, kan die een dunne structuur zich tussen de chromosomen vormen resulterend in een structuur als synaptonemal complex wordt bekend, die de twee bundels samen met elkaar verbindt. Ma het onderzoek is de eerste om definitief bewijs dat te leveren het gen RAD51 specifiek voor het homolog in paren rangschikken en synapsis, naast zijn rol in nieuwe combinatie tijdens meiosis wordt vereist. „In de mutant, vonden wij dat de chromosomen samen komen om geen paren te vormen,“ hij rapporteren. „Ons onderzoek toont aan dat de proteïne RAD51 een rol in het brengen van één enkele bundel van DNA aan zijn tegenhanger binnen de kern van een cel om een dubbel-bundel te vormen speelt en een kritieke component van het gehele complex van proteïnen is dat de twee bundels dicht bij.“ elkaar houdt
Veel van de bevindingen van het Ma onderzoek van het team worden geopenbaard zijn zijn uitstekende elektronenmicroscoopbeelden, die duidelijker dan ooit vóór het proces van celafdeling in installaties tonen. „Wij zijn gelukkig om op ons team te hebben zegt een wetenschapper die bij het zeer netelige proces om cellen voor te bereiden voor het bekijken met een elektronenmicroscoop hoogst deskundig is,“ Ma. Als een brood van brood in plakken wordt gesneden, tonen de beelden een sectie-door-sectie ontleding van de chromosomen die hun structuur en positie binnen de cel die openbaren. Duidelijk zichtbaar is de gelei-sandwich-als die structuur als het synaptonemal complex wordt bekend--een dik stuk van de chromosoomzitting naast een ander dik stuk met een dun centraal element die bij twee aansluiten zich. Dit synaptonemal complex zou zich tijdens meiosis voor de volledige reeks chromosomen in normale installatiecellen moeten vormen, maar Ma vond dat het zich niet in de reproductieve cellen van de mutantinstallatie vormt. „U ziet enkel veel dikke stukken die niet met een ander stuk in paren gerangschikt zijn geworden omdat RAD51 niet daar twee moet brengen samenvoegt,“ Ma zegt. De elektronenmicroscoopbeelden tonen definitief aan dat het gen RAD51 in installaties voor het vormen van het centrale element wordt vereist dat paren de twee chromosomen.
Het gen RAD51 ook is gekend om voor zijn die rol worden vereist in het herstellen van schade aan DNA in de cellen van een elk van organisme door schadelijke straling en chemische producten wordt veroorzaakt. De cel gebruikt een intacte sectie van DNA als malplaatje voor het herstellen van beschadigde homologe. Het onderzoek stelt vast dat dit systeem om gebroken chromosomen met de eiwitproducten van het gen te herstellen RAD51, dat eerder gekend om in dieren en paddestoelen was voor te komen, in meiotic cellen van installaties, eveneens voorkomt.
„Ons onderzoek brengt naar voren dat sommige tekorten in menselijke reproductie met gedeeltelijk verlies van de functie kunnen worden geassocieerd RAD51,“ Ma zegt. „Terwijl het niet mogelijk momenteel is om tekorten in dit gen RAD51 in mensen te bestuderen die vruchtbaarheidsproblemen hebben, kunnen wij nu deze spanning van de mutantinstallatie gebruiken te begrijpen meer dan wij vóór ongeveer zijn rol in seksuele reproductie.“ konden
Naast Ma en Reiss, omvatten andere leden van het onderzoeksteam Li Wuxing en Changbin Chen bij Staat Penn; Ullrich markmann-Mulisch en Elmon Schmelzer in het Max Planck Instituut in Duitsland; en Ljudmilla Timefejeva bij Staat Penn en de Estlandse LandbouwUniversiteit in Estland. Dit onderzoek werd gesteund door toelagen van de Nationale Instituten van de V.S. van Gezondheid, de Stichting van de Wetenschap van de V.S. Nationale, het Ministerie van de V.S. van Energie, en de Europese Commissie.
http://www.psu.edu/