Gene responsável para a infertilidade

Um papel que descreve descobertas sobre o papel de um gene que seja importante em todos os animais, de plantas, e de fungos é publicado na introdução do 20 de julho de 2004 das Continuações do jornal da Academia Nacional das Ciências.

Uma das descobertas é que o gene, nomeado RAD51, joga um papel essencial o no processo de recombining o material genético nos cromossomas durante a reprodução sexual nas plantas. Nos seres humanos, os defeitos neste processo podem fazer com que um feto tenha números anormais de cromossomas, tendo por resultado a infertilidade, os aborto, ou os defeitos congénitos. As descobertas novas sobre o papel do gene nas plantas sugerem que igualmente possa ter um papel essencial na produção de pilhas do esperma e de ovo nos seres humanos e nos outros mamíferos.

Um dos resultados os mais surpreendentes da pesquisa é que o gene RAD51 não é essencial para a sobrevivência nas plantas, porque se sabe para estar nos mamíferos. “É conhecido que um feto do rato que herde duas cópias defeituosas do gene RAD51 morrerá muito logo após a concepção, assim que nós fomos surpreendidos bastante encontrar que nosso mutante planta, que têm duas cópias defeituosas deste gene, tornamo-nos bastante normalmente--salvo que são estéreis,” relatórios Hong Miliampère, professor da biologia em Penn State e líder da equipa de investigação que fez as descobertas em colaboração com o grupo de Bernd Reiss no Max Planck Institute para a Pesquisa da Criação De Animais de Planta na Água de Colônia, Alemanha.

O trabalho da equipe revela funções específicas dos produtos da proteína do gene RAD51, incluindo o emparelhamento de cromossomas compatíveis--as estruturas que contêm os genes da pilha--durante o processo de meiose, quando as pilhas reprodutivas de um organismo formarem durante sua revelação, e igualmente a reparação das rupturas nos cromossomas que ocorrem durante este e no outro processo. “Nossa pesquisa conduz-nos suspeitar que as rupturas do reparo das pilhas da planta em seu ADN de uma forma diferente das pilhas do mamífero, que apenas param de crescer se o gene RAD51 não está funcionando,” Miliampère dizem.

A Meiose produz as pilhas da reprodução sexual, tais como as pilhas de esperma e as pilhas de ovo, que contêm somente uma única costa de cada um do número característico do organismo de cromossomas. Mais Tarde, quando as pilhas maduras do esperma e de ovo combinam, o indivíduo novo terá seu complemento completo de ADN--metade da matriz e metade do pai. Muita da pesquisa da equipe é centrada sobre reshuffling do material genético entre dois cromossomas similares, que ocorre durante a meiose quando os cromossomas dobro-encalhados no núcleo de pilha são separados e reunidos outra vez duas vezes por uma equipe das proteínas, tendo por resultado o homem quatro novo ou pilhas reprodutivas fêmeas.

Os pesquisadores conduzem seus estudos com uma tensão do mutante da planta modelo do laboratório, Arabidopsis, em que o gene RAD51 é incapaz de funcionar porque uma parte de ADN estrangeiro é introduzida no meio do gene. A equipe do Miliampère dissecou as flores em botão minúsculas da planta antes que tiveram uma possibilidade se tornar, quando eram somente aproximadamente 0,3 ou 0,4 milímetros no diâmetro. “É importante olhar as pilhas das flores em botão minúsculas antes que abram porque a meiose é um evento que ocorra antes que a revelação do pólen comece,” Miliampère explique. “Nós tratamos então as pilhas com os produtos químicos que protegem sua estrutura de dano e manchamo-los então com um produto químico que permita que nós considerem o ADN muito mais claramente do que qualquer outra parte da pilha.

As imagens microscópicas dos pesquisadores da meiose em suas plantas do mutante revelaram pacotes nao puros do cromossoma mas um caos de muitas secções quebradas dos cromossomas. “Nós encontramos que as plantas em que o gene RAD51 não funciona não podem recombine as secções de seus cromossomas que são quebrados durante a meiose,” o Miliampère diz. Os pesquisadores testaram adicionalmente este que encontra introduzindo nas plantas uma mutação em um gene, nomeado SPO-11, que desabilita o sistema da proteína que corta cromossomas. “Nas plantas que são defeituosas em SPO-11 e em RAD51, nós encontramos cromossomas intactos, não o desordem de fragmentos do cromossoma,” relatórios do Miliampère. “Porque os cromossomas não são cortados no primeiro lugar, você não precisa realmente o RAD51 de repará-lo.” Estas experiências demonstram que RAD51 tem um papel essencial no reparo bioquímico do ADN durante a recombinação. Igualmente estabelecem que este sistema para reparar cromossomas quebrados, que foi sabida previamente para ocorrer nos animais e nos fungos, ocorre nas plantas, também.

Os códigos do gene RAD51 para um tipo de enzima conhecido como um recombinase, que catalise a troca, ou o “cruzamento,” de secções do ADN entre cromossomas muito similares, ou “homólogos”. Na concepção, um indivíduo herda uma cópia de um cromossoma de seu pai e uma outra cópia muito similar mas não exactamente idêntica de sua matriz. Esta troca do ADN--um processo conhecido como a recombinação--é importante para gerar a diversidade entre indivíduos dentro da mesma família e durante todo o inteiro a população.

Estas moléculas muito similares do ADN, ao longo de que os genes específicos se encontram no mesmo ponto em cada costa, são reunidas pela maquinaria molecular da pilha para formar uma estrutura do dois-cromossoma conhecida como um par homólogo. Porque o ADN ao longo de cada cromossoma é tão similar, uma estrutura fina pode formar entre os cromossomas tendo por resultado uma estrutura conhecida como um complexo synaptonemal, que ligue as duas costas junto. A pesquisa do Miliampère é a primeira para fornecer a evidência definitiva que o gene RAD51 está exigido especificamente para o emparelhamento e a sinapse do homólogo, além do que seu papel na recombinação durante a meiose. “No mutante, nós encontramo-lo que os cromossomas não vêm junto formar pares,” relatamos. “Nossa pesquisa mostra que a proteína RAD51 tem um papel em trazer uma única costa do ADN a suas contrapartes dentro do núcleo de uma pilha para formar uma dobro-costa e é um componente crítico do complexo do todo das proteínas que guardara as duas costas perto de uma outras.”

Muitos dos resultados da pesquisa da equipe do Miliampère são revelados são suas imagens excelentes do microscópio electrónico, que mostram mais claramente do que nunca antes do processo de divisão de pilha nas plantas. “Nós somos afortunados ter em nossa equipe um cientista que seja altamente qualificado no processo muito complicado de preparar pilhas para ver com um microscópio de elétron,” Miliampère dizemos. Como um naco de pão corte em fatias, a mostra das imagens uma dissecção da secção-por-secção dos cromossomas que revelam sua estrutura e a posicionam dentro da pilha. Claramente visível é geléia-sanduíche-como a estrutura conhecida como o complexo synaptonemal--uma parte grossa do cromossoma que senta-se ao lado de uma outra parte grossa com um elemento central fino que junta-se aos dois. Este complexo synaptonemal deve formar durante a meiose para o grupo inteiro de cromossomas em pilhas normais da planta, mas o Miliampère encontrou que não forma nas pilhas reprodutivas da planta do mutante. “Você apenas vê que lotes das partes grossas que não obtiveram emparelhadas com uma outra parte porque RAD51 não está lá trazer os dois reune,” o Miliampère diz. As imagens do microscópio electrónico mostram definitiva que o gene RAD51 está exigido nas plantas formando o elemento central que emparelha os dois cromossomas.

O gene RAD51 é sabido igualmente para ser exigido para seu papel em reparar dano causado ao ADN em todas as pilhas de um organismo pela radiação prejudicial e pelos produtos químicos. A pilha usa uma secção intacto do ADN como um molde reparando homólogo danificado. A pesquisa estabelece que este sistema para reparar cromossomas quebrados com os produtos da proteína do gene RAD51, que foi sabido previamente para ocorrer nos animais e nos fungos, ocorre em pilhas meiotic das plantas, também.

“Nossa pesquisa sugere que alguns defeitos na reprodução humana possam ser associados com a perda parcial da função RAD51,” o Miliampère diz. “Quando não for possível presentemente estudar defeitos neste gene RAD51 nos povos que têm problemas da fertilidade, nós agora podemos usar esta tensão da planta do mutante para compreender que mais do que nós poderia antes aproximadamente de seu papel na reprodução sexual.”

Além do que o Miliampère e o Reiss, outros membros da equipa de investigação incluem Wuxing Li e Changbin Chen em Penn State; Ullrich Markmann-Mulisch e Elmon Schmelzer no Max Planck Institute em Alemanha; e Ljudmilla Timefejeva em Penn State e na Universidade Agrícola Estónia em Estónia. Esta pesquisa foi apoiada por concessões dos Institutos dos E.U. de Saúde Nacionais, do National Science Foundation dos E.U., do Ministério de E.U. de Energia, e da Comissão Européia.

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