Gen responsable de infertilidad

Un papel que describe descubrimientos sobre el papel de un gen que sea importante en todos los animales, de instalaciones, y de hongos se publica en la aplicación del 20 de julio de 2004 los Procedimientos del gorrón de la National Academy Of Sciences.

Uno de los descubrimientos es que el gen, nombrado RAD51, desempeña un papel esencial en el proceso de recombinar el material genético en cromosomas durante la reproducción sexual en instalaciones. En seres humanos, los defectos en este proceso pueden hacer un feto tener números anormales de cromosomas, dando por resultado infertilidad, abortos involuntarios, o defectos de nacimiento. Los nuevos descubrimientos sobre el papel del gen en instalaciones sugieren que también pueda tener un papel esencial en la producción de células de la esperma y de huevo en seres humanos y otros mamíferos.

Uno de los resultados más asombrosamente de la investigación es que el gen RAD51 no es esencial para la supervivencia en instalaciones, pues se sabe para estar en mamíferos. “Es bien sabido que un feto del ratón que hereda dos copias defectuosas del gen RAD51 morirá muy pronto después del concepto, así que nos sorprendieron muy encontrar que nuestro mutante instala, que tienen dos copias defectuosas de este gen, nos convertimos muy normalmente--salvo que son estéril, los” partes Hong MA, profesor de la biología en el Estado de Penn y el arranque de cinta del equipo de investigación que hizo los descubrimientos en colaboración con el grupo de Bernd Reiss en el Max Planck Institute para la Investigación de la Fitogenética en Colonia, Alemania.

El trabajo de las personas revela las funciones específicas de los productos de la proteína del gen RAD51, incluyendo emparejar de cromosomas compatibles--las estructuras que contienen los genes de la célula--durante el proceso de meiosis, cuando las células reproductivas de un organismo forman durante su revelado, y también de reparar de interruptores en los cromosomas que ocurren durante esto y el otro proceso. “Nuestra investigación nos lleva a sospechar que los interruptores de la reparación de las células de la instalación en su DNA de una manera diferente de las células del mamífero, que apenas paran el crecer si no está funcionando el gen RAD51,” MA dicen.

La Meiosis produce las células de la reproducción sexual, tales como células de esperma y células de huevo, que contienen solamente un único hilo de cada uno del número característico del organismo de cromosomas. Más Adelante, cuando las células maduras de la esperma y de huevo combinan, el nuevo individuo tendrá su complemento completo de la DNA--mitad del molde-madre y mitad del padre. Mucha de la investigación de las personas se centra en la modificación del material genético entre dos cromosomas similares, que ocurre durante meiosis cuando los cromosomas doble-trenzados en el núcleo de célula se separan y son reunidos otra vez dos veces por personas de proteínas, dando por resultado el nuevo varón cuatro o las células reproductivas femeninas.

Los investigadores conducto sus estudios con una deformación del mutante de la instalación modelo del laboratorio, Arabidopsis, en el cual el gen RAD51 no puede funcionar porque un pedazo de DNA no nativa se inserta en el medio del gen. Las personas del MA disecaron los brotes de la flor minúsculos de la instalación antes de que tuvieran una ocasión de convertirse, cuando eran solamente cerca de 0,3 o 0,4 milímetros de diámetro. “Es importante observar las células de los brotes de flor minúsculos antes de que se abran porque la meiosis es una acción que ocurre antes de que el revelado del polen comience,” MA explica. “Entonces tratamos las células con las substancias químicas que protegen su estructura contra daño y después las manchamos con una substancia química que permita que consideremos la DNA mucho más sin obstrucción que cualquier otra parte de la célula.

Las imágenes microscópicas de los investigadores de la meiosis en sus instalaciones del mutante revelaron conjuntos no aseados del cromosoma sino un caos de muchas secciones fragmentadas de cromosomas. “Encontramos que las instalaciones en las cuales el gen RAD51 no funciona no pueden recombinar las secciones de sus cromosomas que estén fragmentados durante meiosis,” el MA dice. Los investigadores probaron además esto que encontraba introduciendo en las instalaciones una mutación en un gen, nombrado SPO-11, que desactiva el sistema de la proteína que corta los cromosomas. “En las instalaciones que son defectuosas en SPO-11 y RAD51, encontramos los cromosomas intactos, no el revoltijo de fragmentos del cromosoma,” los partes del MA. “Porque los cromosomas no se cortan en el primer lugar, usted no necesita realmente el RAD51 repararlo.” Estos experimentos demuestran que RAD51 tiene un papel esencial en la reparación bioquímica de la DNA durante la recombinación. También establecen que este sistema para reparar los cromosomas rotos, que era sabido previamente para ocurrir en animales y hongos, ocurre en instalaciones, también.

Los códigos del gen RAD51 para un tipo de enzima conocido como un recombinase, que cataliza el intercambio, o “cruce,” de las secciones de la DNA entre los cromosomas muy similares, o “homólogos”. En el concepto, un individuo hereda una copia de un cromosoma de su padre y otra copia muy similar pero no exactamente idéntica de su molde-madre. Este intercambio de la DNA--un proceso conocido como recombinación--es importante para generar diversidad entre individuos dentro de la misma familia y en el entero la población.

Estas moléculas muy similares de la DNA, a lo largo de las cuales los genes específicos mienten en la misma punta en cada hilo, son reunidas por la maquinaria molecular de la célula para formar una estructura del dos-cromosoma conocida como par homólogo. Porque la DNA a lo largo de cada cromosoma es tan similar, una estructura fina puede formar entre los cromosomas dando por resultado una estructura conocida como complejo synaptonemal, que conecta los dos hilos juntos. La investigación del MA es la primera para proporcionar pruebas definitivas que el gen RAD51 está requerido específicamente para emparejar y la sinapsis del homólogo, además de su papel en la recombinación durante meiosis. “En el mutante, lo encontramos que los cromosomas no vienen juntos formar pares,” señalamos. “Nuestra investigación muestra que la proteína RAD51 tiene un papel en traer un único hilo de la DNA a sus contrapartes dentro del núcleo de una célula para formar un doble-hilo y es un componente crítico del complejo del conjunto de proteínas que sujeta los dos hilos cerca de uno otros.”

Muchas de las conclusión de la investigación de las personas del MA se revelan son sus imágenes exquisitas del microscopio electrónico, que muestran más sin obstrucción que nunca antes del proceso de la división celular en instalaciones. “Somos afortunados tener en nuestras personas un científico que sea altamente experto en el proceso muy difícil de preparar las células para ver con un microscopio electrónico,” MA decimos. Como una barra de pan corte en las rebanadas, la demostración de las imágenes una disección de la sección-por-sección de los cromosomas que revelan su estructura y la colocan dentro de la célula. Sin Obstrucción visible es jalea-bocadillo-como la estructura conocida como el complejo synaptonemal--un pedazo grueso del cromosoma que se sienta al lado de otro pedazo grueso con un elemento central fino que ensambla los dos. Este complejo synaptonemal debe formar durante la meiosis para el conjunto entero de cromosomas en células normales de la instalación, pero el MA encontró que no forma en las células reproductivas de la instalación del mutante. “Usted apenas ve que los lotes de los pedazos gruesos que no han conseguido emparejados con otro pedazo porque RAD51 no está allí traer los dos junta,” el MA dice. Las imágenes del microscopio electrónico muestran definitivo que el gen RAD51 está requerido en las instalaciones para formar el elemento central que empareja los dos cromosomas.

El gen RAD51 también se sabe para ser requerido para su papel en reparar el daño causado a la DNA en todas las células de un organismo por la radiación dañina y substancias químicas. La célula utiliza una sección intacta de la DNA como modelo para reparar homólogo dañado. La investigación establece que este sistema para reparar los cromosomas rotos con los productos de la proteína del gen RAD51, que era sabido previamente para ocurrir en animales y hongos, ocurre en células meiotic de instalaciones, también.

“Nuestra investigación sugiere que algunos defectos en la reproducción humana se puedan asociar a la baja parcial de la función RAD51,” el MA dice. “Mientras Que no es posible actualmente estudiar defectos en este gen RAD51 en la gente que tiene problemas de la fertilidad, ahora podemos utilizar esta deformación de la instalación del mutante para entender que más que nosotros podría antes alrededor de su papel en la reproducción sexual.”

Además del MA y de Reiss, otras piezas del equipo de investigación incluyen Wuxing Li y a Changbin Chen en el Estado de Penn; Ullrich Markmann-Mulisch y Elmon Schmelzer en el Max Planck Institute en Alemania; y Ljudmilla Timefejeva en el Estado de Penn y la Universidad Agrícola Estonia en Estonia. Esta investigación fue utilizada por concesiones de los Institutos Nacionales de los E.E.U.U. de la Salud, del National Science Foundation de los E.E.U.U., del Ministerio de los E.E.U.U. de Energía, y de la Comisión Europea.

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