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Irregolarità nell'espressione genica da piombo alle differenze nella gente che è geneticamente identica

Gli esperimenti dai ricercatori (HHMI) di Howard Hughes Medical Institute la hanno rivelata potrebbero essere possibili per irregolarità nell'espressione genica per piombo alle differenze in celle - o la gente, per quella materia - che è geneticamente identica.

I ricercatori, il ricercatore Erin K.O'Shea di HHMI ed il collega Jonathan M. Raser, entrambi all'università di California, San Francisco, hanno pubblicato il loro risultati 27 maggio 2004, nella scienza precisa, l'edizione online della scienza del giornale.

Secondo O'Shea, la nozione originale che il disturbo casuale nell'espressione genica - i trattamenti tramite cui le proteine sono sintetizzate dalle informazioni ha contenuto in DNA - ha risultato da un paradosso. “Mentre i trattamenti quale espressione genica in questione nello sviluppo degli organismi continuano ad un modo molto ordinato, paradossalmente, dipendono dalle reazioni chimiche che sono inerentemente probabilistiche, come lanciare una moneta,„ ha detto O'Shea. “E poiché questi trattamenti comprendono un piccolo numero di molecole, dovrebbero essere influenzate significativamente per caso, appena come lanciare una moneta che alcune volte saranno influenzate più molto che lanciandola molte volte.„

Gli esperimenti più iniziali da Michael Elowitz, che è ora all'istituto di tecnologia della California e dai suoi colleghi alla Rockefeller University hanno dimostrato che questo tipo di disturbo casuale è esistito nel batterio comune Escherichia coli. Negli esperimenti successivi, Raser ed O'Shea hanno precisato per esplorare il disturbo casuale di fondo del meccanismo nell'espressione genica in un più alto organismo - scegliere l'animale più primitivo, lievito.

Raser ed O'Shea hanno usato una tecnica dell'indicatore sviluppata da Elowitz per individuare il disturbo nell'espressione genica. Hanno costruito le celle di lievito per produrre le proteine fluorescenti blu e gialle dell'indicatore sotto il controllo dello stesso “promotore„ - il segmento del gene che regolamenta la sua espressione. In questo schema, se non ci fosse disturbo, ogni cella comparirebbe la stessa miscela di colore blu e giallo sotto il microscopio.

Tuttavia, se del disturbo si insinuasse, produrrebbe una variazione a colori fra le celle. Questa variazione di colore potrebbe poi essere misurata per determinare la quantità di disturbo che era presente. Questo metodo ha eliminato tutta l'influenza dei fattori ambientali esterni o le variabili quali le differenze in cella digitano, poiché i due geni stavano gestendo l'interno la stessa cella.

Dopo avere usando questa tecnica per studiare la funzione di vari promotori, gli scienziati hanno concluso che il disturbo, effettivamente, ha pregiudicato l'espressione genica nelle celle di lievito. Egualmente hanno trovato che i promotori differenti hanno prodotto gli importi differenti di disturbo.

Sulla base dei loro studi, Raser ed O'Shea credono che abbiano identificato la sorgente di una parte importante del disturbo casuale hanno osservato. “I nostri esperimenti suggeriscono che per i promotori che abbiamo studiato, una sorgente importante di disturbo è l'atto di preparazione del DNA del promotore, la regione regolatrice, essere competente per trascrizione,„ ha detto O'Shea. Questo preparato, ha detto, comprende “ricostruire„ la struttura protettiva, chiamata il nucleosome, che avvolge la regione regolatrice del gene in moda da potere accedergli il macchinario della trascrizione. “Ed il punto che sta generando il disturbo è questo atto di eliminazione dei nucleosomes, per permettere l'accesso del macchinario della trascrizione e delle proteine regolarici,„ ha detto.

La ricostruzione è particolarmente lenta, O'Shea ha detto e conforme alla variazione probabilistica significativa. Questa variazione probabilmente avrebbe un'influenza sulla quantità di mRNA prodotta per ogni gene indicatore-etichettato e così il livello di proteina data nella cella - pregiudicare il suo colore.

Secondo O'Shea, l'irregolarità in gene preciso ha potuto avere implicazioni evolutive e biologiche importanti, sia vantaggiose per le celle che deleterie. Per esempio, le mutazioni in geni hanno potuto cambiare il loro indipendente dall'effetto della mutazione stesso “di rumorosità„. Il disturbo in geni essenziali ha potuto essere deleterio per una cella. Tuttavia, il disturbo potrebbe anche produrre la diversità in popolazioni delle celle con lo stesso trucco genetico e questa diversità potrebbe renderle più adattabili ai cambiamenti.

Un altro effetto di irregolarità nell'espressione genica potrebbe essere osservato, per esempio, in celle con due copie leggermente differenti dello stesso gene, in cui uno potrebbe essere più rumoroso dell'altro. Tale disturbo potrebbe anche produrre la variabilità fra le celle che potrebbero offrire i vantaggi evolutivi.

Il disturbo in geni ha potuto anche essere un grilletto per la formazione di tumori, ha detto O'Shea. Nei casi in cui le celle perdono una copia di un gene con la mutazione, la riduzione del numero del gene aumenta il disturbo nell'espressione genica. Questo aumento nel disturbo lo fa più probabilmente che il gene restante potrebbe alterare la sua attività per avviare la proliferazione incontrollata.

Il disturbo ha potuto essere necessario per lo sviluppo normale di alcuni sistemi biologici, ha detto O'Shea. Per esempio, quando i neuroni olfattivi nell'embrione di sviluppo “stanno decidendo„ che di un gran numero di ricevitori che odoranti possibili produrranno - una scelta che è definitiva - il disturbo casuale nell'espressione genica potrebbe essere necessario da permettere a questa decisione, ha detto.

O'Shea ha detto che il suo gruppo pianificazione continuare questa riga di ricerca e di speranze identificare in quali casi tale irregolarità è utile ad un organismo. Poi, altereranno il livello di disturbo e determineranno come pregiudica la forma fisica dell'organismo. Egualmente vogliono seguire col passare del tempo la produzione di disturbo in un unicellulare - piuttosto che in popolazioni delle celle - per esplorare più dettagliatamente come il disturbo è prodotto.