Cercetătorii descoperă mecanismul din spatele sincronizării ceasului biologic principal
Imaginează-ți un tren parcând la stație. Pasagerii se îmbarcă și își găsesc locurile. Conductoarele se plimbă pe culoare, verificând biletele. Dar apare o problemă – ceasul inginerului este stricat. Din această cauză, ușile nu se închid, semaforul nu sună și trenul nu pleacă. O situație similară se petrece în celule atunci când sincronizarea dezvoltării este perturbată. În loc să întârzie oamenii la muncă, aceasta poate însemna diferența dintre a deveni un adult sănătos și a nu crește deloc.
În viermele C. elegans, profesorul Christopher Hammell de la Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) și echipa sa au descoperit anterior cum impulsurile de exprimare a genelor determină dezvoltarea. Totuși, mecanismul din spatele sincronizării precise a acestor impulsuri rămânea un mister. Acum, echipa a identificat un circuit de feedback compus din două proteine cunoscute, MYRF-1 și LIN-42, care acționează ca un ceas biologic principal pentru genomul viermelui, programând începutul și durata fiecărui impuls. Aceasta este prima oră biologică nonrepetitivă de acest tip descoperită vreodată.
Acest ceas central este responsabil pentru coordonarea unei serii finite de impulsuri secvențiale de exprimare a genelor, care trebuie să aibă loc o singură dată, în ordine, pentru o progresie corectă a dezvoltării. Este asemănător cu un mecanism de tip ratchet. Acesta activează și dezactivează genele de mai multe ori pe parcursul dezvoltării, dar, în final, își urmează un singur curs.
Folosing o combinație de experimente moleculare clasice, secvențiere de ADN și proteine, precum și instrumentul AI AlphaFold, echipa a identificat rolurile cheie pe care MYRF-1 le joacă în dezvoltarea C. elegans. Remarcabil, au descoperit că proteina acționează ca un starter și este esențială pentru punctul de control de la sfârșitul fiecărei etape de dezvoltare. Odată ce un impuls de exprimare a genelor a început, MYRF-1 activează de asemenea LIN-42, care controlează intensitatea și durata fiecărui impuls. Când echipa a blocat MYRF-1, întregul ciclu de dezvoltare a fost perturbat.
„Nu am mai văzut niciodată ceva de genul acesta”, spune Hammell. „MYRF-1 este parte din acest ceas de reglementare principal pentru toate celulele, dar acționează și ca o cheie principală pentru fiecare etapă de creștere. Fără cheia potrivită pentru fiecare etapă, dezvoltarea se oprește și nu poate progresa.”
Echipa, care include și pe Leemor Joshua-Tor, director de cercetare la CSHL, investighează acum cum interacționează fizic LIN-42 și MYRF-1 și cum fiecare dintre aceste ceasuri celulare comunică între ele în timpul dezvoltării. Înțelegerea modului în care aceste ceasuri funcționează în sincronie deschide calea pentru studii viitoare asupra creșterii celulare, progresiei și diferențierii.
„Circuitul MYRF-1/LIN-42 funcționează în toate celulele”, afirmă Hammell. „Și fiecare dintre aceste ceasuri celulare independente pare să fie sincronizat atunci când observi dezvoltarea normală. Dar comunică ele între ele? Nu ne-am gândit profund la această întrebare înainte.”
Abordarea acestei întrebări ar putea oferi, într-o bună zi, perspective asupra bolilor genetice și a tulburărilor de dezvoltare, ajutând „să scoatem trenul din stație” pentru nenumărate vieți care au fost curmate prematur.
