Gène responsable de l'infertilité

Un document décrivant des découvertes au sujet du rôle d'un gène qui est important chez tous les animaux, des centrales, et des champignons est publié dans la question du 20 juillet 2004 des Démarches de tourillon de l'Académie Nationale des Sciences.

Une des découvertes est que le gène, nommé RAD51, joue un rôle essentiel dans le le procédé de recombiner le matériel génétique en chromosomes pendant la reproduction sexuelle aux centrales. Chez L'homme, les défauts dans ce procédé peuvent faire avoir un foetus des nombres anormaux des chromosomes, ayant pour résultat l'infertilité, les fausses-couches, ou les anomalies congénitales. Les découvertes neuves au sujet du rôle du gène aux centrales suggèrent qu'il puisse également avoir un rôle essentiel dans la production des cellules de sperme et d'oeufs chez l'homme et d'autres mammifères.

Un des résultats les plus étonnants de la recherche est que le gène RAD51 n'est pas essentiel pour la survie aux centrales, car on le connaît pour être dans les mammifères. « Il est réputé qu'un foetus de souris qui hérite de deux copies défectueuses du gène RAD51 mourra très peu après conception, ainsi nous étions étonnés tout de constater que notre mutant plante, qui ont deux copies défectueuses de ce gène, nous développons bien normalement--sauf qu'elles sont stériles, » les Mamans de Hong d'états, le professeur de la biologie à Penn State et l'amorce de l'équipe de recherche qui a effectué les découvertes en collaboration avec le groupe de Bernd Reiss au Max Planck Institute pour la Recherche En Matière de Reproduction de Centrale à Cologne, Allemagne.

Le travail de l'équipe indique des fonctionnements particuliers des produits de protéine du gène RAD51, y compris l'appareillement des chromosomes compatibles--les structures qui contiennent les gènes des cellules--au cours du processus de la méiose, quand les cellules reproductrices d'un organisme forment pendant son développement, et également de la réparation des ruptures dans les chromosomes qui se produisent pendant le ceci et tout autre procédé. « Notre recherche nous aboutit à soupçonner que les ruptures de réglage de cellules de centrale dans leur ADN d'un chemin différent des cellules mammifères, qui cessent juste de s'élever si le gène RAD51 ne fonctionne pas, » des Mamans indique.

La Méiose produit les cellules de la reproduction sexuelle, telles que les spermatozoïdes et les cellules d'oeufs, qui contiennent seulement une monocaténaire de chacun du nombre caractéristique de l'organisme de chromosomes. Plus Tard, quand les cellules matures de sperme et d'oeufs combinent, la personne neuve aura son armement complet d'ADN--moitié de la mère et moitié du père. Une Grande Partie de la recherche de l'équipe est concentrée sur le remaniement du matériel génétique entre deux chromosomes assimilés, qui se produit pendant la méiose quand les chromosomes bicaténaires au noyau des cellules sont séparés et deux fois de nouveau rassemblés par une équipe des protéines, ayant pour résultat le mâle quatre neuf ou les cellules reproductrices féminines.

Les chercheurs entreprennent leurs études avec une tension de mutant de la centrale modèle de laboratoire, Arabidopsis, dans lequel le gène RAD51 ne peut pas fonctionner parce qu'une pièce d'ADN étranger est insérée au milieu du gène. L'équipe des Mamans a disséqué les bourgeon floraux minuscules de la centrale avant qu'ils aient eu une occasion de se développer, quand ils étaient seulement des environ 0,3 ou 0,4 mm de diamètre. « Il est important de regarder les cellules des bourgeon floraux minuscules avant qu'elles s'ouvrent parce que la méiose est un événement qui se produit avant que le développement de pollen commence, » des Mamans explique. « Nous traitons alors les cellules avec les produits chimiques qui protègent leur structure contre les dégâts et les souillons alors avec un produit chimique qui nous permet de voir l'ADN beaucoup plus clair que n'importe quelle autre partie de la cellule.

Les images microscopiques des chercheurs de la méiose à leurs centrales de mutant n'ont pas indiqué des modules ordonnés de chromosome mais un chaos de beaucoup de parties cassées de chromosomes. « Nous avons constaté que les centrales auxquelles le gène RAD51 ne fonctionne pas ne peuvent pas recombiner les parties de leurs chromosomes qui sont cassés pendant la méiose, » les Mamans indique. Les chercheurs ont supplémentaire testé ceci trouvant en introduisant dans les centrales une mutation dans un gène, nommé SPO-11, qui désactive le système de protéine ce des chromosomes de coupures. « Aux centrales qui sont défectueuses dans SPO-11 et RAD51, nous trouvons les chromosomes intacts, pas le pêle-mêle des éclats de chromosome, » des états de Mamans. « Puisque les chromosomes ne sont pas coupure en premier lieu, vous n'avez pas besoin réellement du RAD51 pour le réparer. » Ces expériences expliquent que RAD51 a un rôle essentiel dans le réglage biochimique de l'ADN pendant la recombinaison. Ils déterminent également que ce système pour réparer les chromosomes brisés, qui précédemment a été connue pour se produire chez les animaux et les champignons, se produit aux centrales, aussi bien.

Les indicatifs du gène RAD51 pour un type d'enzyme connu sous le nom de recombinase, qui catalyse l'échange, ou « transition, » des parties d'ADN entre les chromosomes très assimilés et ou « homologues ». À la conception, une personne hérite d'une copie d'un chromosome d'un son père et très d'un assimilé différent mais pas exact de copie identique de sa mère. Cet échange d'ADN--un procédé connu sous le nom de recombinaison--est importante pour produire de la diversité parmi des personnes dans la même famille et à travers l'entier la population.

Ces molécules très assimilées dont d'ADN, le long les gènes particuliers se trouvent à la même remarque sur chaque toron, sont rassemblées par les machines moléculaires de la cellule pour former une structure de deux-chromosome connue sous le nom de paire homologue. Puisque l'ADN le long de chaque chromosome est si assimilé, une structure mince peut former entre les chromosomes ayant pour résultat une structure connue sous le nom de composé synaptonemal, qui joint les deux torons ensemble. La recherche des Mamans est la première pour fournir la preuve définitive que le gène RAD51 est exigé particulièrement pour l'appareillement et la synapse d'homologue, en plus de son rôle dans la recombinaison pendant la méiose. « Dans le mutant, nous l'avons constaté que les chromosomes ne viennent pas ensemble pour former des paires, » enregistre. « Notre recherche prouve que la protéine RAD51 a un rôle en portant une monocaténaire d'ADN à ses homologues dans le noyau d'une cellule pour former un double-toron et est un élément indispensable du composé de totalité des protéines qui retient les deux torons de près d'un des des autres. »

Plusieurs des découvertes de la recherche de l'équipe des Mamans sont indiquées est ses images exquises de microscope électronique, qui affichent plus clair que jamais avant le procédé de la division cellulaire aux centrales. « Nous sommes chanceux pour avoir sur notre équipe un scientifique qui est hautement qualifié au procédé très délicat de préparer des cellules pour visualiser avec un microscope électronique, » des Mamans dit. Comme une coupure de miche de pain en parts, les images affichent une dissection de partie-par-partie des chromosomes qui indiquent leur structure et la positionnent dans la cellule. De Manière Dégagée visible est la structure gelée gelée sandwich connue sous le nom de composé synaptonemal--une pièce épaisse du chromosome se reposant à côté d'une autre pièce épaisse avec un élément central mince joignant les deux. Ce composé synaptonemal devrait former pendant la méiose pour le jeu complet de chromosomes en cellules normales de centrale, mais les Mamans ont constaté qu'il ne forme pas dans les cellules reproductrices de la centrale de mutant. « Vous voyez juste qu'un bon nombre de pièces épaisses qui n'ont pas obtenu appareillées avec une autre pièce parce que RAD51 n'est pas là pour porter les deux rassemble, » les Mamans indique. Les images de microscope électronique prouvent définitivement que le gène RAD51 est exigé aux centrales pour former l'élément central qui appareille les deux chromosomes.

Le gène RAD51 également est connu pour être exigé pour son rôle pour réparer les dégâts provoqués à l'ADN en tout des cellules d'un organisme par la radiothérapie nuisible et les produits chimiques. La cellule utilise une partie intacte d'ADN comme descripteur pour réparer homologue abîmé. La recherche détermine que ce système pour réparer les chromosomes brisés avec les produits de protéine du gène RAD51, qui précédemment a été connu pour se produire chez les animaux et les champignons, se produit en cellules méiotiques des centrales, aussi bien.

« Notre recherche suggère que quelques défauts dans la reproduction humaine puissent être associés avec la perte partielle du fonctionnement RAD51, » des Mamans dit. « Alors Qu'il n'est pas possible actuellement d'étudier des défauts en ce gène RAD51 dans les gens qui ont des problèmes de fertilité, nous maintenant pouvons employer cette tension de centrale de mutant pour comprendre que plus que nous pourrait avant environ son rôle dans la reproduction sexuelle. »

En plus des Mamans et de Reiss, d'autres membres de l'équipe de recherche incluent Wuxing Li et Changbin Chen à l'État de Penn ; Ullrich Markmann-Mulisch et Elmon Schmelzer au Max Planck Institute en Allemagne ; et Ljudmilla Timefejeva à l'État de Penn et à l'Université Des Instruments Aratoires Estonienne en Estonie. Cette recherche a été supportée par des concessions des Instituts des ÉTATS-UNIS de la Santé Nationaux, du National Science Foundation des États-Unis, du Département de l'Énergie des ÉTATS-UNIS, et de la Commission Européenne.

http://www.psu.edu/