Forsker undersøger små RNA'ers rolle i kommunikationen mellem celler

Når en flercellet organisme udvikles, hver celle skal kende sin plads i forhold til alle andre celler. Det betyder, at celler skal kommunikere indbyrdes for at skabe de mønstre, hvorfra forskellige væv og celletyper opstår. I tilfælde af dyr, vi kender til de signaler og mekanismer, der driver disse mønstrende processer.

Med planter er det anderledes, fordi flercellede planter har udviklet sig uafhængigt af flercellede dyr. Professor Marja Timmermans fra Tübingens Center for Plant Molecular Biology har arbejdet sammen med kolleger ved Cold Spring Harbor Laboratories i New York for at opdage, at cellekommunikation under mønsterdannelse i planter udføres via en unik og indviklet mekanisme. Planter bruger "små RNA'er" som mobile signaler. Små RNA'er var tidligere kendt for deres rolle i forsvarsmekanismer mod planteædere eller sygdomspatogener, men som den nye undersøgelse viser også ligger til grund for, at celler i bladet får den rigtige identitet i rum og tid. Resultaterne af denne forskning er blevet offentliggjort i det seneste nummer af Udviklingscelle .

"Forskning i mønsterdannelse i organismer har en rig historie i Tübingen, " påpeger Marja Timmermans. I begyndelsen af ​​halvfjerdserne, Professorerne Hans Meinhardt og Alfred Gierer, derefter på Max Planck Institute for Virus Research, udarbejdet grundlæggende principper for, hvordan mønster kan opstå i en cellepopulation, og professor Christiane Nüsslein-Volhard, Direktør ved Max Planck Institute for Developmental Biology, blev belønnet med Nobelprisen for sit arbejde med genetisk kontrol af mønsterdannelse i ægget af frugtfluen Drosophila i 1995.

Kommunikation og mønsterdannelse hos flercellede dyr sker ofte via mobile signaler, som bruger koncentrationsgradienter. Afhængig af koncentrationen, og ofte på en tærskelværdi, celler specialiserer sig i forskellige opgaver. Denne mekanisme er nu vist også at ske i planter, selvom de bruger andre signalkemikalier. I modsætning til dyreceller, planteceller kan forbindes via plasmabroer, lader regulerende faktorer bevæge sig gennem hele systemet og bidrager til mønsterdannelse.

Marja Timmermans og hendes kolleger fulgte op på spor, der indikerede, at små RNA'er kunne være involveret i plantecellemønstre. Små RNA'er er korte molekylekæder, som perfekt matcher visse regulatoriske dele af genetisk information i DNA eller RNA. De er i stand til at knytte sig der, derved forhindrer de særlige gener i at blive læst. Små RNA'er muliggør finjusteret regulering af proteinproduktion og derfor også udviklingsprocesser i cellerne.

Højtydende mekanisme til videregivelse af positionsinformation

Ved at bruge en modelplante til genetik, Arabidopsis eller stenkarse, forskerne undersøgte, hvilken rolle de små RNA'er spillede i placeringen og udviklingen af ​​det nye blad. Ved at introducere kunstige små RNA'er, de ændrede koncentrationen af ​​disse koordinerende elementer og observerede, hvordan cellerne i det voksende blad reagerede. "Det overraskende var, at de små RNA'er var i stand til at producere stabile mønstre, " siger Timmermans. Som med mobilsignalkemikalierne i dyr, de små RNA'er danner en koncentrationsgradient. "I modsætning til de konventionelle udviklingssignaler, små RNA'er fungerer på en meget specifik måde, og de kan gribe direkte ind i genaktivitet."

Små RNA'er kunne derfor regulere aktiviteten af ​​visse gener afhængigt af deres placering - uden feedback fra andre komponenter i processen. "Mobile små RNA'er giver en højtydende mekanisme til at videregive positionsinformation. De kan udvikle præcise udviklingsmønstre, " opsummerer Timmermans.