Celulele recunosc și reduc la tăcere transpozonii invadatori prin semnale RNA anormale
Transpozonii, secvențe de ADN capabile să se auto-replice și să se deplaseze în cadrul genomului, sunt răspândiți și pot afecta supraviețuirea celulară dacă nu sunt controlați.
Cercetătorii de la St. Jude Children’s Research Hospital au descoperit cum celulele recunosc și se apără de transpozonii invadatori, demonstrând că acestea percep tipare anormale de RNA produse de transpozonii invadatori și răspund prin activarea unor căi de silențiere a acestora. De asemenea, acest proces se extinde la orice ADN invaziv, atâta timp cât produce suficiente perturbări ale RNA-ului pentru a fi detectat. Studiul, publicat în Nature Communications, oferă o nouă înțelegere asupra unui fenomen genetic central pentru diversitate și evoluție.
Coordonați de Mario Halic, PhD, din cadrul Departamentului de Biologie Structurală de la St. Jude, cercetătorii au constatat că celulele de drojdie fission reduc la tăcere transpozonii invadatori prin două căi. Prima este interferența RNA, care reduce expresia genelor prin distrugerea RNA-ului mesager. A doua metodă de silențiere implică heterocromatina, o formă de ADN foarte condensată, care blochează fizic factorii de transcripție de a interacționa cu ADN-ul, oprind astfel expresia genică. Celulele utilizează atât interferența RNA, cât și heterocromatina pentru a detecta și a reduce la tăcere transpozonii, eficiența recunoașterii fiind bazată pe locația inserției (locul din genom unde se află transpozonul) și numărul de copii (câte copii ale transpozonului există).
Deși studiul a fost realizat în drojdii, mecanismele de apărare similare sunt probabil prezente și la organisme superioare, în special în celulele germinale (spermă și ovule), care sunt vulnerabile la perturbările induse de transpozoane.
Fiecare organism încearcă să se apere împotriva invaziei transpozonilor; aceștia se pot prolifera necontrolat și pot ocupa părți mari ale genomului, încetinind creșterea și afectând negativ expresia genelor. Sistemele de apărare de acest tip sunt de obicei restricționate la celulele germinale, unde apărarea puternică este esențială. În caz contrar, un transpozon ar putea să se propulseze dramatic în doar câteva generații.
Cercetătorii au introdus un transpozon invaziv în celule și au monitorizat cum acesta a sărit în diferite locații din genomul de drojdie. Ulterior, au secvențiat acele locații și au măsurat numărul de copii de ADN și nivelurile de RNA pentru a evalua cât de eficient a fost redus la tăcere. Tulpinile de drojdie care au generat inițial mai mult RNA din ADN-ul invaziv s-au dovedit a fi mai eficiente în detectarea și silențierea acestuia, dar sistemul care guvernează acest proces este de tip „riscuri mari, recompense mari”, după cum notează cercetătorii.
„Heterocromatina are tendința de a se extinde, reducând la tăcere nu doar transpozonul, ci și genele învecinate”, a spus Halic. „Celulele de drojdie care reduc la tăcere transpozoane în acest mod cresc inițial mai lent, ceea ce este un dezavantaj, dar devine benefic dacă transpozoanele se proliferează. Acest lucru ar putea explica de ce celulele adulte umane folosesc sisteme mai sigure și mai țintite în locul acestui mecanism de silențiere extins.”
Folosind interferența RNA și heterocromatina, celulele pot reduce rapid la tăcere transpozoanele noi fără a recunoaște secvențele lor, identificându-le prin perturbările din tiparele de expresie. Aceste descoperiri oferă informații esențiale despre cum celulele în dezvoltare se protejează împotriva secvențelor genetice invazive.
„Ceea ce ne-a entuziasmat cel mai mult a fost descoperirea că celulele nu reduc la tăcere doar transpozoanele, ci pot reduce la tăcere orice ADN invaziv, atât timp cât produce suficient RNA”, a afirmat co-autorul Yinxia Yan, PhD, din Departamentul de Biologie Structurală. „Aceasta ne-a arătat că sistemul de apărare celular este chiar mai inteligent decât ne-am imaginat.”
