Proteinele implicate în meioză prezintă diferențe funcționale neașteptate în rândul animalelor
Fiecare celulă de ou și fiecare spermă depind de meioză, un proces complex în care cromozomii își găsesc partenerii, schimbă material genetic și apoi se împart.
Când meioza se desfășoară incorect la oameni, consecințele pot include infertilitate, avorturi spontane și defecte congenitale.
Un nou studiu realizat de Institutul Stowers pentru Cercetări Medicale, publicat în Science Advances, arată că mașinăria moleculară care ghidează acest proces este mai comună în rândul animalelor decât se credea anterior și mai flexibilă. Surpriza a fost că părțile familiare nu îndeplinesc întotdeauna aceleași funcții, dezvăluind o flexibilitate neașteptată în modul în care meioza funcționează pe parcursul evoluției.
„Aceasta a fost una dintre concluziile mai ample ale lucrării”, a declarat Matt Gibson, Ph.D. „Proteinele și complexe proteice pot arăta foarte asemănător, dar totuși funcționează în moduri diferite.”
Proiectul a fost condus de Stefanie „Steffi” Williams, Ph.D., un fost student al Școlii de Absolvenți Stowers, care activează în prezent ca cercetător postdoctoral la Laboratorul European de Biologie Moleculară. La Institut, munca ei a evoluat dintr-o colaborare între laboratorul lui Gibson și laboratorul regretatului R. Scott Hawley, Ph.D., un fost investigator Stowers și un pionier în domeniul meiozei.
În acest studiu recent, Williams a descoperit că anemona de mare formează o structură asemănătoare unei scări numită complex sinaptonemal între cromozomii pereche, așa cum fac și oamenii. Această structură conține opt din cele zece proteine cunoscute care compun complexul sinaptonemal la oameni. Cu toate acestea, atunci când Williams a testat funcțiile acestor proteine, asemănările au început să se disipeze.
„În ciuda funcției lor esențiale, multe dintre proteinele care coordonează meioza prezintă semne de evoluție rapidă, schimbându-se mult mai repede decât genele normale de întreținere”, a spus Williams. „Așadar, am fost fascinată să găsesc cercetări anterioare care arătau că genomurile cnidariilor codifică proteine clar asemănătoare celor din oameni și trebuia să știu dacă acestea funcționează cu adevărat în același mod.”
Când Williams a dezactivat trei dintre aceste proteine, rezultatele au fost neașteptate. Mutațiile în două dintre ele, sycp1 și syce2, au cauzat sterilitate feminină. Bărbații care aveau aceleași mutații au rămas fertili, iar pierderea syce2 a perturbat stabilizarea cromozomilor pereche doar la femele.
„Când am stat prima dată la microscop și am văzut că unele componente nu sunt necesare pentru sinapsă, am crezut că am făcut o greșeală, deoarece nu avea sens”, a spus Williams. „Descoperirea că funcțiile arhitecturale ale proteinelor complexului sinaptonemal trebuie să se fi schimbat a fost complet neașteptată.”
Până acum, studiile funcționale ale acestor proteine la animale au fost limitate în mare parte la șoareci, muște de fructe și viermi rotunzi. Deoarece Nematostella este transparentă și cele opt gonade pot fi observate direct în animale vii, oferă cercetătorilor ceva ce modelele tradiționale nu pot oferi adesea: posibilitatea de a observa meioza desfășurându-se în țesuturi vii. Aceasta ar putea permite adresarea unor întrebări despre comportamentul cromozomilor care sunt dificile sau imposibil de abordat la mamifere.
„Această lucrare stabilește Nematostella ca un sistem experimental bun pentru a înțelege procesele meiotice la un nivel mai profund”, a spus Gibson. „Potrivit pentru imagistica în timp real, ar putea dezvălui biologie nouă care este dificil de observat la mamifere, în special la nivel celular.”
Ca membru al Școlii de Absolvenți Stowers, Williams a început prin a lucra în laboratorul lui Hawley, studiind meioza în musca de fructe Drosophila. Apoi, a trecut în laboratorul lui Gibson și a început să lucreze cu Nematostella, o anemonă de mare și o rudă a coralilor și meduzelor care este obiectul cercetării lui Gibson.
„Scott a inspirat pasiunea lui Steffi pentru meioză”, a spus Gibson. „Când a început să lucreze cu anemonele de mare, s-a interesat de modul în care funcționează în aceste organisme unde nu fusese explorat anterior. Acest lucru a dus la o colaborare între laboratoare și m-am simțit norocos să beneficiez pe parcurs de vasta cunoștință a lui Scott și de entuziasmul lui Steffi pentru subiect, ceea ce a dus în final la această nouă arie de cercetare.”
„Scott m-a învățat să îmi urmez pasiunea, indiferent de ce ar putea gândi alții despre aceasta, precum și importanța predării și a mentoratului bun”, a spus Williams. „Și azi, Scott mă inspiră să devin un mai bun om de știință și o mai bună ființă umană.”
