Бумага описывая открытия о роли гена который важен в всех животных, заводов, и грибков опубликована в вопросе 20-ое июля 2004 Продолжений журнала Государственной Академии Наук.
Одно из открытий что названный ген, RAD51, играет необходимую роль в процессе перекомбинировать генетический материал в хромосомах во время сексуального воспроизводства в заводах. В людях, дефекты в этом процессе могут причинить плод иметь анормалные числи хромосом, приводящ к в неплодородности, выкидышах, или врожденных пороках. Новые открытия о роли гена в заводах предлагают что она также может иметь необходимую роль в продукции клеток спермы и яичка в людях и других млекопитающих.
Один из удивительно результатов исследования что ген RAD51 не необходим для выживания в заводах, по мере того как знаны, что находит в млекопитающих. «Он известен что плод мыши который наследует 2 неполноценных экземпляра гена RAD51 умрет очень скоро после зачатия, поэтому мы довольно были удивлены найти что наш мутант засаживает, который имеют 2 неполноценных экземпляра этого гена, превращаемся довольно нормально--за исключением того, что они стерильны,» рапорты Hong Ma, профессор биологии на Penn State и руководитель научно-исследовательской группы которая сделала открытия в сотрудничестве с группой Bernd Reiss на Институте Макса-Planck для Исследования Размножения Завода на Кельн, Германии.
Работа команды показывает специфические функции продуктов протеина гена RAD51, включая спаривать совместимых хромосом--структуры которые содержат гены клетки--в течение процесса мейоза, когда клетки организма воспроизводственные сформируют во время своего развития, и также ремонтировать проломов в хромосомах которые происходят во время этого и другом процессе. «Наше исследование водит нас заподозрить что проломы ремонта клеток завода в их ДНА в другой способ от млекопитающихся клеток, которые как раз останавливают вырасти если ген RAD51 не действует, то» Ma говорят.
Мейоз производит клетки сексуального воспроизводства, как клетки спермы и клетки яичка, которые содержат только одиночную стренгу каждого из номера организма характерного хромосом. Более Поздно, когда возмужалые клетки спермы и яичка совместят, новый индивидуал будет иметь свое полное дополнение ДНА--половина от матери и половина от отца. Много из исследования команды сфокусировано на reshuffling генетического материала между 2 подобными хромосомами, который происходят во время мейоза когда, котор двойн-сели на мель хромосомы в ядре клетки вытягиваны врозь и принесены совместно снова дважды командой протеинов, приводящ к в новом мужчине 4 или женские воспроизводственные клетки.
Исследователя дирижируют их изучения с напряжением мутанта модельного завода лаборатории, Arabidopsis, в котором ген RAD51 неспособен действовать потому что часть чужого ДНА введена в середине гена. Команда Ma рассекла бутоны цветка завода малюсенькие прежде чем они имела шанс превратиться, когда они была только около 0,3 или 0,4 миллиметрами в диаметре. «Важно посмотреть клетки от малюсеньких бутонов цветка прежде чем они раскрывают потому что мейоз случай который происходит прежде чем развитие цветня начинает,» Ma объясняет. «Мы после этого обрабатываем клетки с химикатами которые защищают их структуру от повреждения и после этого пятнаем их с химикатом который позволяет нам увидеть ДНА очень ясно чем любая другая часть клетки.
Изображения исследователей микроскопические мейоза в их заводах мутанта показали опрятные пакеты хромосомы но беспорядок много сломленных разделов хромосом. «Мы нашли что заводы в которых ген RAD51 не действует не могл перекомбинировать разделы их хромосом которые сломленны во время мейоза,» Ma говорит. Исследователя дополнительно испытали это находя путем вводить в заводы перегласовку в названном гене, SPO-11, которое отключает систему протеина которая режет хромосомы. «В заводах которые неполноценны как в SPO-11, так и в RAD51, мы находим неповрежденные хромосомы, не беспорядок частей хромосомы,» отчеты о Ma. «Потому Что хромосомы не отрезаны во-первых, вам действительно не нужно RAD51 отремонтировать его.» Эти эксперименты демонстрируют что RAD51 имеет необходимую роль в биохимическом ремонте ДНА во время рекомбинации. Они также устанавливают что эта система для ремонтировать сломанные хромосомы, который ранее было знаны, что произошл в животных и грибках, происходит в заводах, также.
Коды гена RAD51 для типа энзима известного как recombinase, которое катализирует обменивать, или «кроссовер,» разделов ДНА между очень подобными, или «гомологичными» хромосомами. На зачатии, индивидуал наследует один экземпляр хромосомы от своего отца и другой очень подобный но не точно идентичный экземпляр от своей матери. Этот обменивать ДНА--процесс известный как рекомбинация--важна для производить разнообразность среди индивидуалов внутри такое же семейство и в течении всей населенность.
Эти очень подобные молекулы ДНА, вдоль которых специфические гены лежат на такой же этап на каждой стренге, принесены совместно молекулярным машинным оборудованием клетки для того чтобы сформировать структуру 2-хромосомы известную как гомологичная пара. Потому Что ДНА вдоль каждой хромосомы настолько подобно, тонкая структура могл сформировать между хромосомами приводящ к в структуре известной как synaptonemal комплекс, который соединяет 2 стренги совместно. Исследование Ma первое для того чтобы обеспечить окончательное доказательство что ген RAD51 необходим специфически для спаривать и синапса гомолога, в дополнение к своей роли в рекомбинации во время мейоза. «В мутанте, мы нашли что хромосомы не приходят совместно сформировать пары,» он сообщаем. «Наше исследование показывает что протеин RAD51 имеет роль в приносить одиночную стренгу ДНА к своим двойникам внутри ядро клетки для того чтобы сформировать двойн-стренгу и критический компонент комплекса целого протеинов который держит 2 стренги близко одна от другой.»
Много из заключений исследования команды Ma показаны свои восхитительные изображения электронного микроскопа, которые показывают ясно чем всегда перед процессом разделения клетки в заводах. «Мы удачны для того чтобы иметь на нашей команде научного работника который сильно умел на очень каверзном процессе подготовлять клетки для осматривать с электронным кинескопом,» Ma говорим. Как хлеец хлеба отрежьте в ломтики, выставку изображений взрезывание раздел--раздела хромосом которые показывают их структуру и располагают внутри клетка. Ясно видимо студн-сандвич-как структура известная как synaptonemal комплекс--толщиная часть хромосомы сидя рядом с другой толщиной частью при тонкий центральный элемент соединяя 2. Этот synaptonemal комплекс должен сформировать во время мейоза для всего комплекта хромосом в нормальных клетках завода, но Ma нашел что он не формирует в воспроизводственных клетках завода мутанта. «Вы как раз видите серии толщиных частей которые не получали спаренными с другой частью потому что RAD51 нет там принести 2 части совместно,» Ma говорят. Изображения электронного микроскопа покажут окончательно что ген RAD51 необходим в заводах для формировать центральный элемент который спаривает 2 хромосомы.
Ген RAD51 также знан необходим для своей роли в ремонтировать повреждение причиненное к ДНА в всей из клеток организма вредной радиацией и химикатами. Клетка использует неповрежденный раздел ДНА как шаблон для ремонтировать поврежденное гомологичное одно. Исследование устанавливает что эта система для ремонтировать сломанные хромосомы с продуктами протеина гена RAD51, который ранее был знаны, что произошел в животных и грибках, происходит в meiotic клетках заводов, также.
«Наше исследование предлагает что некоторые дефекты в людском воспроизводстве могут быть связаны с частично потерей функции RAD51,» Ma говорит. «Пока не возможно в настоящее время изучить дефекты в этом гене RAD51 в людях которые имеют проблемы плодородности, мы теперь можем использовать это напряжение завода мутанта для того чтобы понять что больше чем мы смогл перед около своей ролью в сексуальном воспроизводстве.»
В дополнение к Ma и Reiss, другие члены научно-исследовательской группы включают Wuxing Li и Changbin Chen на Penn State; Ullrich Markmann-Mulisch и Elmon Schmelzer на Институте Макса-Planck в Германии; и Ljudmilla Timefejeva на Penn State и Эстонском Аграрном Университете в Естонија. Это исследование было поддержано дарами от Институтов США Национальных Здоровья, Национального фонда США, Министерства Энергетики США, и Европейской Комиссии.
http://www.psu.edu/