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I ricercatori identificano il nuovo meccanismo attraverso cui gli impianti possono regolamentare l'espressione genica

Appena come altri organismi, gli impianti devono rispondere dinamicamente a varie indicazioni sopra la loro vita. Passando attraverso le fasi inerenti allo sviluppo differenti, o alterando il loro modulo in risposta ad una carestia o ad un mutamento di temperatura drastico richiede l'alterazione che dei loro geni sono espresse nelle proteine e quando quei trattamenti accadono.

In un nuovo documento in cella inerente allo sviluppo, un gruppo di ricerca piombo dai biologi Brian Gregory di Penn e Xiang Yu hanno identificato un meccanismo da cui gli impianti possono condurre questa regolazione genica agile.

Hanno disimballato i dettagli di un trattamento con cui la segnalazione dell'ormone avvia la rimozione di una struttura chiamata di nicotinamide adenindinucleotide (NAD+) da un'estremità, chiamati il 5' estremità, di determinate molecole del RNA messaggero (mRNA), le trascrizioni che provocano le proteine.

Quando il presente, questi cappucci dirige la cella suddividere la trascrizione associata del mRNA, assicurandosi che la sua proteina corrispondente non sia fatta.

Abbiamo veduto i cambiamenti nel livello di avvenimento di coperchiamento del mRNA NAD+ nei tessuti vegetali differenti e nelle fasi inerenti allo sviluppo differenti. Ciò sembra essere un interruttore acceso/spento potenzialmente rapido che gli impianti possono usare per regolamentare i loro livelli del RNA.„

Brian Gregory, studia l'autore senior ed il professore associato a scuola delle arti & delle scienze, dipartimento di biologia, università della Pennsylvania

“I ricercatori che lavorano alle cellule di mammiferi avevano identificato un enzima che sembra realizzare un atto analogo, eliminante questi cappucci di NAD+,„ dice Yu, un ricercatore postdottorale nel laboratorio di Greogry ed autore del documento il primo. “Nostri sono il primo studio per mostrare questo trattamento in un intero, organismo vivente.„

Questo lavoro ha sue origini nei risultati preliminari che il laboratorio di Gregory ha generato vicino ad una decade fa. Mentre insegnava alla classe A su RNA, Gregory aveva diviso con i suoi studenti un documento circa una versione del lievito della proteina vegetale DX01, un enzima ora conosciuto per essere responsabile dell'eliminazione del NAD+ dal mRNA.

“Sono stato realmente intrigante circa cui stava facendo nei eurkaryotes,„ lui dico. A quel tempo, il suo laboratorio ha coltivato le piante con una mutazione DX01 ed ha trovato che la loro crescita è stata arrestata, le loro foglie era verde pallido, il loro sviluppo è stato ritardato ed hanno avute difetti nella fertilità.

“Ho pensato, “questo sono fresco, noi devo lavorare a questo, “„ richiami di Gregory.

Perseguendola, hanno trovato che i mutanti hanno avuti un'abbondanza di piccolo RNAs, molecole connesse spesso con fare tacere l'espressione di altre molecole del RNA. Ma infine non potrebbero radunare una storia ragionevole di come la mutazione stava inducendo piccolo RNAs a accumularsi ed il lavoro si è bloccato.

Si è bloccato cioè fino ad alcuni anni fa, quando altri scienziati che lavorano al regolamento mammifero del RNA hanno cominciato a pubblicare la rappresentazione del lavoro che le cellule di mammiferi possiedono DX01 pure e che potrebbe riconoscere ed eliminare i cappucci di NAD+.

Con questa nuova comprensione del ruolo di DX01, Gregory, Yu ed i colleghi hanno deciso di selezionare il loro proprio backup del lavoro. Studiando gli impianti, il gruppo potrebbe intraprendere ai risultati in mammiferi un'azione ulteriormente, esaminando in vivo, come l'enzima stava agendo in un organismo in tensione e crescente.

I ricercatori in primo luogo hanno confermato che DX01 ha agito similmente in impianti come in mammiferi, eliminanti il NAD+ dalle trascrizioni del mRNA. Gli impianti che mancano di DX01 hanno sviluppato i problemi che Gregory aveva veduto gli anni più presto: crescita e sviluppo arrestata. Egualmente hanno usato una tecnica per isolare ed ordinare soltanto i mRNAs di NAD+-capped e trovare che le trascrizioni del mRNA con i cappucci di NAD+ si sono presentate frequentemente per quelle proteine della codifica si sono riferiti alla risposta di sforzo come pure a quelle in questione nell'elaborare NAD+ stesso. Ulteriore analisi ha confermato che il cappuccio di NAD+ ha fatto i mRNAs più probabilmente da ripartire.

Per continuare sulle bugne che indicano una partecipazione alla risposta di sforzo, il gruppo ha applicato i livelli di variazione di ormone di stress delle colture, acido abscissico, agli impianti con o senza un DX01 di funzionamento. Gli impianti con un mutante DX01 non sono sembrato essere influenzati dalla concentrazione cambiante nell'ormone, mentre quelli con un DX01 funzionale erano, indicante un ruolo per NAD+ che ricopre nel rispondere a questo ormone.

Ed effettivamente, hanno trovato che il livello di coperchiamento di NAD+ del RNA in risposta ad acido abscissico è cambiato dinamicamente.

“Assomiglia al coperchiamento di NAD+ è tessuto-specifico e risponde almeno ad un'indicazione fisiologica specifica,„ dice Gregory, “almeno in impianti. Quello è becaue che abbastanza ordinato guarda come è un forte regolatore della stabilità del RNA, in modo dall'impianto può destabilizzare gli insiemi differenti delle trascrizioni del mRNA, secondo dove questo trattamento sta agendo e che indicazione sta danda.„

I risultati del gruppo anche legati di nuovo alla scoperta che insolita avevano fatto molto più presto, di un'accumulazione di piccole molecole del RNA. Nei loro impianti mutanti DX01, hanno osservato che le trascrizioni del mRNA ricoperte NAD+ sono state trasformate in piccolo RNAs, che sono egualmente instabili. Gregory, Yu ed i colleghi credono che questo possa essere un meccanismo secondario per eliminare NAD+ e sbarazzarsi di queste trascrizioni noncanonically ricoperte, anche in assenza di DX01.

“Che cosa sta accendendo è essi sta usando un'altra via, rimpicciolente RNAs, forse per ottenere indietro il NAD+ in modo da possono usarlo per altri trattamenti,„ Yu dice.

Effettivamente, NAD+ è una componente critica nel metabolismo, in modo da ha significato che gli impianti avrebbero strategie multiple per assicurare loro hanno abbastanza a disposizione a loro, i ricercatori dice.

Nei lavori futuri, il laboratorio di Gregory spera di continuare ad esplorare il segno di NAD+, compreso risolvere come si aggiunge e non appena è eliminato.

“Una volta che impariamo come aggiungere, riconoscere ed eliminarlo, ci dà la potenza utilizzare questo trattamento come strumento per la regolamentazione delle risposte varie in impianti,„ Gregory dice, una potenza che potrebbe possibilmente essere utilizzata nell'agricoltura.

Ma le sanità hanno potuto trarre giovamento da queste comprensioni pure. I ricercatori di Penn dicono che il lavoro merita seguito nei sistemi mammiferi. “Sarei curioso vedere le che tipo delle trascrizioni del mRNA in mammiferi rispondono agli ormoni differenti,„ dico Gregory.

L'aggiunta e la rimozione del cappuccio di NAD+ possono anche partecipare alla biologia del cancro, Gregory e Yu dicono. Il metabolismo anormale delle cellule veduto in cellule tumorali deve spesso ai contrattempi nel tipo di regolamento che le trascrizioni del mRNA subiscono e c'è “una probabilità reale,„ Gregory dice, che il coperchiamento e la decapsulatura di NAD+ potrebbero svolgere un ruolo.

Per la sua parte, Gregory è soddisfatto di potere muoversi in avanti con un campo di ricerca che lo ha eluso gli anni fa, uno che sta aprendo un nuovo settore per il suo laboratorio.

“Questa è definitivamente una di quelle storie che mi ricorda che la scienza non è uno sprint; è una maratona,„ Gregory dice.

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.