Un gruppo di scienziati di Princeton nel Dipartimento di Ecologia e Biologia Evoluzionistica ha scoperto un nuovo meccanismo biologico che potrebbe fornire una finestra in chiaro funzionamento interno di una cella.
Cosa c'è di più, questo meccanismo potrebbe rappresentare una via "epigenetico" - un percorso che aggira normale programma di DNA di un organismo genetica - per la cosiddetta evoluzione lamarckiana, consentendo un organismo di trasmettere alle sue caratteristiche prole acquisito durante la sua vita per migliorare la loro possibilità di sopravvivenza. L'evoluzione lamarckiana è l'idea, per esempio, che il lungo collo della giraffa si è evoluto dal suo continuo che si estende sempre più in alto in modo da sgranocchiare le foglie apicali più abbondante degli alberi e guadagnare un colpo migliore a sopravvivere.
La ricerca ha anche potuto avere implicazioni per quanto un nuovo metodo per il controllo di processi cellulari, come ad esempio l'ordine di giunzione di segmenti di DNA e di aumentare la comprensione dei naturali processi cellulari regolamentari, quali che siano mantenute segmenti di DNA contro persi durante lo sviluppo. Le scoperte del team saranno pubblicate 10 gennaio sulla rivista Nature.
Princeton biologi Laura Landweber, Mariusz Nowacki e Vikram Vijayan, insieme ad altri membri del laboratorio, ha voluto decifrare come la cellula compiuto questa impresa, che ha richiesto il suo genoma riorganizzazione senza ricorrere al suo programma genetico originario. Hanno scelto il individuati unicellulare ciliato Oxytricha trifallax come banco di prova.
Ciliati sono protozoi stagno-dimora che sono sistemi modello ideale per lo studio dei fenomeni epigenetici. Mentre tipiche cellule umane hanno ciascuna un nucleo, che funge da centro di controllo per la cella, queste cellule ciliate sono due. Uno, il nucleo somatico, contiene il DNA necessario per effettuare tutte le funzioni non-riproduttiva della cellula, come il metabolismo. Il secondo, il nucleo germinale, come spermatozoi umani 'e uovo, è sede del DNA necessario per la riproduzione sessuale.
Quando due di queste cellule ciliate compagno, il nucleo somatico viene distrutta, e deve in qualche modo essere ricostituito nella loro prole in modo per loro di sopravvivere. Il nucleo germinale contiene DNA abbondante, eppure il 95 per cento di esso è gettato via durante la rigenerazione di un nuovo nucleo somatico, in un processo che comprime un genoma piuttosto grande (un terzo delle dimensioni del genoma umano) in una piccola frazione dello spazio . Questo lascia solo il 5 per cento di DNA libero per le funzioni di codifica dell'organismo. Eppure, questo miscuglio di DNA rimanente viene sempre correttamente scelto e poi decodificato dalla cellula per formare un nuovo genoma lavorare in un processo (descritto come "acrobazie del genoma") che non è ancora ben compreso, ma estremamente deliberata e precisa.
Landweber ei suoi colleghi hanno ipotizzato che questa riorganizzazione programmata di frammenti di DNA è guidata da uno esistente "cache" di informazioni sotto forma di un modello di DNA o RNA derivati dal nucleo del genitore. Nel regno del computer, una cache è un sito di stoccaggio temporaneo per le informazioni di uso frequente per consentire l'accesso facile e veloce, piuttosto che dover ri-scaricare o ri-creare l'informazione originale partendo da zero ogni volta che è necessario.
"L'idea di una cache di RNA è stato intorno per un po ', come l'idea di risolvere un puzzle di sbirciare la copertina della scatola è sempre allettante", ha detto Landweber, professore associato di ecologia e biologia evolutiva. "Queste cellule hanno un puzzle da risolvere genomico che consiste nel riunire piccoli frammenti di DNA e di metterli di nuovo insieme in un ordine specifico. L'idea originale di una cache RNA emerso in uno studio di piante, piuttosto che le cellule protozoo, però, ma la situazione nelle piante si è rivelato corretto. "
Attraverso una serie di esperimenti, il gruppo ha testato la loro ipotesi che le molecole di DNA o RNA fornivano il libretto di istruzioni mancanti necessarie durante lo sviluppo, e anche cercato di determinare se il modello putativo era fatto di RNA o DNA. DNA è il materiale genetico di molti organismi, comunque RNA è ormai noto a giocare una diversità di ruoli altrettanto importanti. RNA è cugino chimico del DNA, ed ha un ruolo primario nella interpretazione del codice genetico durante la costruzione delle proteine.