Gene responsabile di sterilità

Un documento che descrive le scoperte circa il ruolo di un gene che è importante in tutti gli animali, degli impianti e dei funghi è pubblicato nell'emissione del 20 luglio 2004 degli Atti del giornale dell'Accademia Nazionale delle Scienze.

Una delle scoperte è che il gene, nominato RAD51, svolge un ruolo essenziale nel trattamento di ricombinazione del materiale genetico in cromosomi durante la riproduzione sessuale in impianti. In esseri umani, i difetti in questo trattamento possono indurre un feto ad avere numeri anormali dei cromosomi, con conseguente sterilità, aborti, o difetti di nascita. Le nuove scoperte circa il ruolo del gene in impianti suggeriscono che anche possa avere un ruolo essenziale nella produzione delle celle dell'uovo e dello sperma in esseri umani ed in altri mammiferi.

Uno dei risultati più sorprendenti della ricerca è che il gene RAD51 non è essenziale per la sopravvivenza in impianti, poichè è conosciuto per essere in mammiferi. “È ben noto che un feto del mouse che eredita due copie difettose del gene RAD51 morirà molto presto dopo la concezione, in modo da proprio siamo stati sorpresi trovare che i nostri impianti mutanti, che hanno due copie difettose di questo gene, si sviluppano abbastanza normalmente--salvo che sono sterili,„ rapporti Hong MA, il professor di biologia a Penn State e la guida del gruppo di ricerca che ha fatto le scoperte in collaborazione con il gruppo di Bernd Reiss al Max Planck Institute per la Ricerca a Colonia, Germania di Allevamento Vegetale.

Il lavoro del gruppo rivela le funzioni specifiche dei prodotti della proteina del gene RAD51, compreso l'accoppiamento dei cromosomi compatibili--le strutture che contengono i geni delle cellule--nella fase della meiosi, quando le celle riproduttive di un organismo si formano durante il suo sviluppo ed egualmente la riparazione di irrompe i cromosomi che si presentano durante questo e l'altro trattamento. “La Nostra ricerca piombo noi sospettare che la riparazione delle cellule vegetali irrompe il loro DNA in modo diverso dalle celle del mammifero, che smettono appena di crescere se il gene RAD51 non sta funzionando,„ il MA dice.

La Meiosi produce le celle della riproduzione sessuale, quali gli spermi e le celle dell'uovo, che contengono soltanto un singolo filo di ciascuno del numero caratteristico dell'organismo dei cromosomi. Più Successivamente, quando le celle mature dell'uovo e dello sperma si combinano, la nuova persona avrà suo complemento completo di DNA--metà dalla madre e metà dal padre. Gran Parte della ricerca del gruppo è messa a fuoco sul rimescolamento del materiale genetico fra due simili cromosomi, che si presenta durante la meiosi quando i cromosomi a doppia elica nel nucleo delle cellule sono separati e sono riuniti ancora due volte da un gruppo delle proteine, con conseguente nuovo maschio quattro o celle riproduttive femminili.

I ricercatori intraprendono i loro studi con uno sforzo mutante dell'impianto di modello del laboratorio, Arabidopsis, in cui il gene RAD51 non può funzionare perché un pezzo di DNA estraneo è inserito in mezzo al gene. Il gruppo del MA ha diviso i germogli di fiore minuscoli dell'impianto prima che avessero una probabilità svilupparsi, quando erano soltanto circa 0,3 o 0,4 millimetri di diametro. “È importante esaminare le celle dai germogli di fiore minuscoli prima che si aprano perché la meiosi è un evento che si presenta prima degli inizio dello sviluppo del coregone lavarello,„ MA spiega. “Poi curiamo le celle con i prodotti chimici che proteggono la loro struttura da danno e poi li macchiamo con un prodotto chimico che permette che noi vediamo molto più chiaro il DNA di qualunque altra parte della cella.

Le immagini microscopiche dei ricercatori della meiosi nei loro impianti mutanti hanno rivelato i pacchetti non ordinati del cromosoma ma un caos di molte sezioni rotte dei cromosomi. “Abbiamo trovato che gli impianti in cui il gene RAD51 non funziona non possono ricombinare le sezioni dei loro cromosomi che sono rotti durante la meiosi,„ il MA dice. I ricercatori hanno provato ulteriormente questo che trova introducendo negli impianti una mutazione in un gene, nominato SPO-11, che rende non valido il sistema della proteina che taglia i cromosomi. “In impianti che sono difettosi sia in SPO-11 che in RAD51, troviamo i cromosomi intatti, non il miscuglio dei frammenti del cromosoma,„ rapporti di MA. “Poiché i cromosomi non sono tagliati in primo luogo, realmente non avete bisogno del RAD51 di ripararlo.„ Questi esperimenti dimostrano che RAD51 ha un ruolo essenziale nella riparazione biochimica di DNA durante la ricombinazione. Egualmente stabiliscono che questo sistema per la riparazione dei cromosomi tagliati, che precedentemente è stata conosciuta per accadere in animali ed in funghi, si presenti in impianti, pure.

I codici del gene RAD51 per un tipo di enzima conosciuto come un recombinase, che catalizza il cambio, o “un incrocio,„ delle sezioni del DNA fra i cromosomi molto simili e o “omologhi„. Alla concezione, una persona eredita non esattamente una copia di un cromosoma da suo padre e un'altra copia molto simile ma identica da sua madre. Questo cambio del DNA--un trattamento conosciuto come la ricombinazione--è importante per la generazione della diversità fra le persone all'interno della stessa famiglia ed in tutto l'intero la popolazione.

Queste molto simili molecole di DNA, lungo cui i geni specifici si trovano allo stesso punto su ogni filo, sono riunite dal macchinario molecolare della cella per formare una struttura del due-cromosoma conosciuta come un paio omologo. Poiché il DNA lungo ogni cromosoma è così simile, una struttura sottile può formarsi fra i cromosomi con conseguente struttura conosciuta come un complesso synaptonemal, che collega insieme i due fili. La ricerca del MA è la prima per fornire la prova definitiva che il gene RAD51 è richiesto specificamente per l'accoppiamento e la sinapsi dell'omologo, oltre al suo ruolo nella ricombinazione durante la meiosi. “Nel mutante, lo abbiamo trovato che i cromosomi non vengono insieme a formare le paia,„ riferiamo. “La Nostra ricerca indica che la proteina RAD51 ha un ruolo nel portare un singolo filo di DNA alle sue controparti all'interno del nucleo di una cella per formare un doppio filo ed è una componente critica del complesso di tutto delle proteine che tiene i due fili vicino ad uno un altro.„

Molti dei risultati della ricerca del gruppo del MA sono rivelati sono le sue immagini squisite del microscopio elettronico, che mostrano più chiaro che mai prima del trattamento di divisione cellulare in impianti. “Siamo fortunati avere sul nostro gruppo uno scienziato che è altamente qualificato al trattamento molto complesso di preparare le celle per l'esame con un microscopio elettronico,„ MA diciamo. Come le fette incise una pagnotta, le immagini mostrano una dissezione della sezione-da-sezione dei cromosomi che rivelano la loro struttura e posizionano all'interno della cella. Chiaramente visibile è la struttura del tipo di gelatina conosciuta come il complesso synaptonemal--un pezzo spesso del cromosoma che si siede accanto ad un altro pezzo spesso con un elemento centrale sottile che unisce i due. Questo complesso synaptonemal dovrebbe formarsi durante la meiosi per l'intero insieme dei cromosomi in cellule vegetali normali, ma il MA ha trovato che non si forma nelle celle riproduttive dell'impianto mutante. “Vedete appena che lotti dei pezzi spessi che non hanno ottenuto accoppiati con un altro pezzo perché RAD51 non è là portare i due raduna,„ il MA dice. Le immagini del microscopio elettronico indicheranno definitivo che il gene RAD51 è richiesto in impianti per la formazione dell'elemento centrale che accoppia i due cromosomi.

Il gene RAD51 egualmente è conosciuto per essere richiesto per il suo ruolo nella riparazione del danno causato a DNA in tutto delle celle di un organismo da radiazione nociva e dai prodotti chimici. La cella usa una sezione intatta di DNA come modello per la riparazione nocivo omologo. La ricerca stabilisce che questo sistema per la riparazione dei cromosomi tagliati con i prodotti della proteina del gene RAD51, che precedentemente è stato conosciuto per accadere in animali ed in funghi, si presenti in celle meiotic degli impianti, pure.

“La Nostra ricerca suggerisce che alcuni difetti nella riproduzione umana possano essere associati con perdita parziale della funzione RAD51,„ il MA dice. “Mentre non è attualmente possibile studiare i difetti in questo gene RAD51 nella gente che ha problemi di fertilità, ora possiamo usare questo sforzo mutante dell'impianto per capire che più dei noi potrebbe prima circa del suo ruolo nella riproduzione sessuale.„

Oltre al MA e a Reiss, altri membri del gruppo di ricerca includono Wuxing Li e Changbin Chen a Penn State; Ullrich Markmann-Mulisch e Elmon Schmelzer al Max Planck Institute in Germania; e Ljudmilla Timefejeva a Penn State ed all'Università Agricola Estone in Estonia. Questa ricerca è stata supportata dalle concessioni dagli Istituti degli STATI UNITI della Sanità Nazionali, dal National Science Foundation degli Stati Uniti, dal Dipartimento Per L'Energia di STATI UNITI E dalla Commissione Europea.

http://www.psu.edu/