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Les chercheurs recensent le mécanisme neuf par lequel les centrales peuvent régler l'expression du gène

Juste comme d'autres organismes, les centrales doivent répondre dynamiquement à un grand choix de caractères indicateurs au-dessus de leur vie. Passant par les différents stades de développement, ou modifiant leur forme en réponse à une période de sécheresse ou à un changement de température drastique exige la modification qui de leurs gènes sont exprimés dans des protéines et quand ces procédés se produisent.

Dans un papier neuf en cellule de développement, une équipe de recherche aboutie par des biologistes Brian Gregory de Penn et Xiang Yu ont recensé un mécanisme par lequel les centrales peuvent conduire cette régulation de l'expression des gènes agile.

Ils déballés les détails d'un procédé par lequel la signalisation d'hormone déclenche le démontage d'un dinucléotide de l'adénine nicotinamide appelé de structure (NAD+) d'une extrémité, appelés le 5' extrémité, de certaines molécules de l'ARN messager (ARNm), les transcriptions qui provoquent des protéines.

Quand le présent, ces capuchons dirigent la cellule décomposer la transcription associée d'ARNm, s'assurant que sa protéine correspondante n'est pas effectuée.

Nous avons vu des changements du niveau de l'occurrence recouvrante d'ARNm NAD+ dans différents tissus végétaux et dans différents stades de développement. Ceci semble être un interrupteur on/off potentiellement rapide que les centrales peuvent utiliser pour régler leurs taux d'ARN. »

Brian Gregory, auteur supérieur d'étude et professeur agrégé à l'école des arts et des sciences, Service de Biologie, Université de Pennsylvanie

Les « chercheurs travaillant aux cellules mammifères avaient recensé une enzyme qui semble exécuter une action analogue, retirant ces capuchons de NAD+, » dit Yu, un chercheur post-doctoral dans le laboratoire de Greogry et le papier écrivent d'abord. « Notres est la première étude pour montrer ce procédé dans une totalité, organisme vivant. »

Ce travail a ses origines dans les découvertes préliminaires des lesquelles le laboratoire de Gregory a produites près il y a d'une décennie. Tout en enseignant un type sur l'ARN, Gregory avait partagé avec ses stagiaires un papier au sujet d'une version de levure de la protéine végétale DX01, une enzyme maintenant connue pour être responsable de retirer NAD+ de l'ARNm.

« Je suis devenu réellement intrigué au sujet ce qu'il faisait dans les eurkaryotes, » de lui dit. À ce moment-là, son laboratoire a cultivé des centrales avec une mutation DX01 et a constaté que leur accroissement a été arrêté, leurs lames étaient vert pâle, leur développement a été retardé, et elles ont eu des défectuosités dans la fertilité.

« J'ai pensé, « ceci est frais, nous dois travailler à ceci, «  » des rappels de Gregory.

La poursuivant, ils ont constaté que les mutants ont eu une abondance de petit RNAs, des molécules souvent liées à amortir l'expression d'autres molécules d'ARN. Mais éventuel ils ne pourraient pas rassembler une histoire raisonnable de la façon dont la mutation faisait accumuler petit RNAs, et le travail a calé.

Il a calé c'est-à-dire, jusqu'il y a à quelques années, quand d'autres scientifiques qui travaillent au règlement mammifère d'ARN ont commencé à publier l'apparence de travail que les cellules mammifères possèdent DX01 aussi bien, et qu'il pourrait identifier et retirer des capuchons de NAD+.

Avec cette compréhension neuve de rôle de DX01, Gregory, Yu, et collègues ont décidé de sélectionner leur propre recul de travail. En étudiant des centrales, le groupe pourrait prendre aux découvertes dans les mammifères une mesure davantage, regardant in vivo, la façon dont l'enzyme agissait dans un organisme sous tension et croissant.

Les chercheurs ont confirmé la première fois que DX01 a agi assimilé aux centrales comme dans les mammifères, retirant le NAD+ des transcriptions d'ARNm. Les centrales manquant de DX01 ont développé les problèmes que Gregory avait vu des années plus tôt : croissance et développement arrêtée. Elles ont également employé une technique pour isoler et ordonnancer seulement le NAD+-capped ARNm et constater que les transcriptions d'ARNm avec des capuchons de NAD+ se sont produites fréquemment pour ces protéines de codage ont associé à la réponse au stress, ainsi qu'à ceux impliquées en traitant NAD+ lui-même. L'analyse approfondie a confirmé que le capuchon de NAD+ a effectué des ARNm plus vraisemblablement à décomposer.

Pour continuer sur les indices indiquant une participation dans la réponse au stress, l'équipe a appliqué des niveaux de variation d'une hormone du stress de centrale, acide abscissique, aux centrales avec ou sans un DX01 de fonctionnement. Des centrales avec un mutant DX01 n'ont pas semblé être affectées par la concentration changeante en hormone, alors que ceux avec un DX01 fonctionnel étaient, indiquant un rôle pour NAD+ recouvrant en réponse à cette hormone.

Et en effet, ils ont constaté que le niveau de recouvrir de NAD+ de l'ARN en réponse à l'acide abscissique a dynamiquement changé.

« Il ressemble à recouvrir de NAD+ est tissu-détail et répond au moins à un caractère indicateur physiologique spécifique, » dit Gregory, « au moins aux centrales. C'est becaue assez ordonné qu'il examine comme c'est un régulateur intense de stabilité d'ARN, ainsi la centrale peut déstabiliser différents ensembles de transcriptions d'ARNm, selon où ce procédé agit et quel caractère indicateur est donné. »

Les découvertes du groupe même attachées de nouveau à la découverte exceptionnelle qu'elles avaient effectuée beaucoup plus tôt, d'un habillage des molécules de petit ARN. À leurs centrales du mutant DX01, elles ont observé que les transcriptions d'ARNm recouvertes par NAD+ ont été transformées en petit RNAs, qui sont également instables. Gregory, Yu, et collègues croient que ceci peut être un mécanisme secondaire pour retirer NAD+ et pour se débarrasser de ces transcriptions noncanonically recouvertes, même faute de DX01.

« Est que se passe-t-il ils emploient une autre voie, effectuant petit RNAs, peut-être récupérer le NAD+ ainsi eux peut l'employer pour d'autres procédés, » Yu dit.

En effet, NAD+ est un élément indispensable dans le métabolisme, ainsi il semble raisonnable que les centrales auraient des stratégies multiples pour s'assurer elles ont assez procurable à elles, les chercheurs disent.

Dans les travaux futurs, le laboratoire de Gregory espère continuer d'explorer le repère de NAD+, y compris établir comment on l'ajoute et est pas simplement retiré.

« Une fois que nous apprenons comment ajouter, déceler, et le retirer, il nous donne le pouvoir d'employer ce procédé comme outil pour régler des réactions variées aux centrales, » Gregory dit, un pouvoir qui pourrait probablement être employé dans l'agriculture.

Mais la santé des personnes a pu tirer bénéfice de ces analyses aussi bien. Les chercheurs de Penn disent que le travail mérite la revue dans les systèmes mammifères. « Je serais curieux pour voir quels types de transcriptions d'ARNm dans les mammifères répondent à différentes hormones, » dit Gregory.

L'ajout et le démontage du capuchon de NAD+ peuvent même être impliqués dans la biologie de cancer, Gregory et Yu disent. Le métabolisme de cellule anormale vu en cellules cancéreuses doit souvent aux malheurs dans le type de règlement que les transcriptions d'ARNm subissent, et il y a « une probabilité réelle, » Gregory dit, que recouvrir et décapsulage de NAD+ pourraient jouer un rôle.

Pour sa partie, Gregory est heureux d'avoir pu avancer avec un domaine de recherche qui l'a éludé il y a des années, une qui ouvrent un domaine d'étude neuf pour son laboratoire.

« C'est réellement l'une de ces histoires qui me rappelle que la science n'est pas un sprint ; c'est un marathon, » Gregory dit.

Source:
Journal reference:

Matthew, X. Y., et al. (2020) Messenger RNA 5′ NAD+ Capping Is a Dynamic Regulatory Epitranscriptome Mark That Is Required for Proper Response to Abscisic Acid in Arabidopsis. Developmental Cell. doi.org/10.1016/j.devcel.2020.11.009.