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Os pesquisadores revelam o mecanismo da formação artificial do cromossoma nos embriões dos elegans do C.

Uma equipa de investigação conduzida pelo Dr. Karen Asa Yee YUEN, professor adjunto da escola de ciências biológicas na universidade de Hong Kong (HKU), revelou o mecanismo da formação artificial (AC) do cromossoma nos embriões dos elegans modelo de Caenorhabditis do organismo, um 1 milímetro longo, nemátodo transparente.

Os resultados foram publicados como dois papéis lado a lado na pesquisa influente dos ácidos nucleicos de jornal científico. Os estudos forneceram introspecções nos mecanismos do conjunto do ADN, formação nova do centrómero e facilitaram a engenharia de ACs para clonar e terapia genética. Em resumo, o Dr. Karen Yuen e o Dr. Zhongyang LIN do companheiro pos-doctoral descobriram as proteínas celulares in vivo (interior um organismo vivo) usadas processando estrangeiro, fragmentos despidos do ADN para formar um cromossoma artificial cromatina-empacotado e dissecado os mecanismos moleculars de como o ADN estrangeiro kb-feito sob medida pode ser montado no sobre 10 megabase-fez sob medida o cromossoma artificial em elegans do C.

Que são cromossomas artificiais, e porque eles guardaram a chave à medicina futura?

Essencialmente, nosso ADN é empacotado meticulosa por proteínas para compo a cromatina. Se o ADN era como uma rosca, estas proteínas são os carretéis que os ventos da rosca do ADN ao redor para manter-se interior organizado e puro de uma pilha microscópica. Contudo, que acontecerá quando uma rosca estrangeira, despida do ADN sem o carretel é introduzida no ambiente? Interessante, a pilha é equipada para fornecer esta rosca nova com seus próprios carretéis feitos a si próprio, permitindo esta rosca despida do ADN de ser mantido estàvel no ambiente celular como parte do repertório novo da pilha. Nós chamamos este processo formação artificial (AC) do cromossoma.

Entre as aplicações úteis de cromossomas artificiais, uma das perspectivas as mais emocionantes é terapia genética. Por exemplo, a fibrose cística de doença pulmonar fatal, crônica (CF) é causada por uma mutação no gene de CFTR e é actualmente uma doença incurável. Os cientistas têm estudado o uso de cromossomas artificiais bacterianos e do fermento (BACs e YACs) como um vector ou um portador expressar o gene normal, funcional de CFTR e superam as pilhas pacientes defeituosas da expressão de CFTR dentro -.

Como na vida, para manipular algo, nós devemos primeiramente compreendê-lo. A fim projectar cromossomas artificiais, nós devemos primeiramente aprender como são formados e mantidos.

Como os cromossomas novos são formados e mantidos, e a importância do centrómero

Quase duas pilhas do trilhão dividem cada dia em um corpo humano médio. Isto significa que duas pilhas do trilhão têm que fazer uma cópia perfeita dse todas as vezes. O custo da divisão de pilha que vem curto da perfeição é indubitàvelmente o inimigo o mais ruim da humanidade contudo: cancro, em que muitos são caracterizados pela instabilidade do cromossoma. Um jogador importante em assegurar a herança fiel de nossos cromossomas durante a divisão de pilha é o centrómero.

O centrómero é uma região especializada em cada cromossoma que conecta o cromossoma aos microtubules do eixo para orquestrar a segregação do cromossoma em cada divisão de pilha. Em algumas células cancerosas, os centrómeros podem tornar-se neutralizados ou perdidos dos rearranjos cromossomáticos e contornear a perda do cromossoma formando um centrómero novo em uma região aleatória, ectópica. Até agora, não muito é sabido sobre a formação nova do centrómero (neocentromere), apesar dela sendo implicado na instabilidade do cromossoma e em um motorista do tumorigenesis. Isto é porque a formação do neocentromere é notòria difícil de estudar desde que o processo de estabelecimento do neocentromere foi desafiante observar, porque estão verificados somente quando as desordens ou o cancro desenvolvente elevaram e as análises genomic estão executadas. Ou seja os centrómeros novos são detectados frequentemente por muito tempo após suas formação e estabilização.

Para conduzir estudos na formação do centrómero, a equipe do Dr. Yuen utilizou um método directo, directo: microinjection, desenvolvido quase 30 anos há. Na outra espécie, tal como seres humanos, o ADN estrangeiro é reconhecido e excluído na maior parte e daqui não propagado em futuras gerações como um mecanismo da autodefesa. Surpreendentemente, os elegans do C. são uma da espécie rara que permite o ADN estrangeiro, completamente desprovido de toda a seqüência do ADN dos elegans do C., para fundir em um cromossoma artificial grande, megabase-feito sob medida. Postos simplesmente, quando os elegans do C. puderem construir um cromossoma artificial sem a exigência nativa da seqüência, o mesmos não podem ser ditos sobre outros cromossomas artificiais de outras espécies como o ser humano (HAC), que exigem algumas seqüências humanas do ADN a fim construir e propagar como um cromossoma artificial.

Para estudar mais esta característica original, a equipe desenvolveu um sistema in vivo fluorescente para visualizar os cromossomas artificiais no tempo real. O laboratório do Dr. Yuen usa este ensaio artificial da segregação do cromossoma como um readout funcional para que a formação do centrómero de novo (desde o início) investigue os factores que afectam o estabelecimento do centrómero de novo. O Dr. Lin identificou o acompanhante RbAp46/48LIN-53 do histone e o acetyltransferase HAT-1 como essencial para a formação do centrómero. Aqui, os elegans do C. actuam como um modelo robusto devido a seus embriões transparentes que facilitam a imagem lactente, mas sua natureza rara para induzir igualmente eficientemente a formação do centrómero de novo e para segregar fielmente os cromossomas artificiais novos dentro de alguns ciclos de pilha nos embriões.

Os estudos actuais de cromossomas artificiais fornecem introspecções novas nos processos cromossomáticos exigidos para a formação do centrómero de novo e a manutenção do cromossoma. A equipe do Dr. Yuen revelou os processos in vivo biológicos necessários para que o ADN exógeno transforme-se um cromossoma artificial estàvel da propagação e desembarace-se a hierarquia em montar um centrómero de novo dos fragmentos estrangeiros do ADN. Para dissecar mais a característica original de elegans do C. em adotar seqüências estrangeiras do ADN, equipe do Dr. Yuen igualmente explorada se este fenômeno é limitado por regras, isto é manipulando a composição, a complexidade e o comprimento da seqüência do ADN para observar as preferências para construir um cromossoma artificial em elegans do C.

Usando estas aproximações, nós podemos agora observar e comparar sistematicamente como um centrómero novo é estabelecido em um cromossoma artificial e também como um centrómero pre-existente é mantido nos cromossomas endógenos dos elegans do C.

Podem os cromossomas artificiais nos sem-fins ser a resposta à terapia genética?

Finalmente, como são os sem-fins relevantes aos seres humanos? Quando o pedido de como os genes estão arranjados em um cromossoma puder ser consistente através da espécie estreitamente relacionada diferente, o centrómero que reposiciona igualmente ocorre durante todo a evolução. Conseqüentemente, o processo de formação nova do centrómero pode actuar como um motorista das doenças mas igualmente serve como um marcador da evolução. Além disso, os resultados destes estudos poderiam ajudar avançado o campo sintético da biologia explorando como algumas características podem ser projectadas aperfeiçoar o estabelecimento de um cromossoma artificial melhorando a eficiência da formação do centrómero de novo com a segregação exacta para melhorar as aplicações de ACs como a grande-capacidade, vectores fiéis para clonar e terapias genéticas.

Source:
Journal reference:

Lin, Z., et al. (2021) Formation of artificial chromosomes in Caenorhabditis elegans and analyses of their segregation in mitosis, DNA sequence composition and holocentromere organization. Nucleic Acids Research. doi.org/10.1093/nar/gkab690.