Biokemikere afslører indsigt i ekstraordinær regenerativ evne

Planarer er fladorme med den ekstraordinære evne til at genoprette sårede eller manglende dele af deres krop. Det har længe været kendt, at en bestemt gruppe proteiner - kendt som PIWI -proteiner - er afgørende for denne evne til at regenerere. Et team af forskere ved University of Bayreuth ledet af biokemiker Dr. Claus Kuhn afslører nu indsigt i disse proteiners virkemåde mere detaljeret. I journalen Gener og udvikling , forskerne præsenterer deres forskningsresultater, som lover at fremme den molekylære forståelse af regenereringsprocesser.

Beskyttelse af genetisk information

Forskningsgrupper rundt om i verden undersøger planarernes fantastiske regenereringskapacitet. Deres arbejde er blevet revolutioneret ved kombinationen af ​​biokemiske metoder med high-throughput teknikker koblet til bioinformatik. Undersøgelsen fra Bayreuth fokuserer på Schmidtea mediterranea , den planariske modelart, der bedst undersøges. Dens stamceller indeholder proteinerne SMEDWI-2 og SMEDWI-3. Uden disse proteiner fra gruppen af ​​PIWI -proteiner, fladormene kan ikke regenerere, endsige forblive levedygtig. Bayreuth -forskerne opdagede, at de førnævnte to proteiner binder til små RNA'er, kendt som piRNA'er. Dette gør det muligt for sidstnævnte at genkende og nedbryde springende gener (transposoner). Vigtigere, springende gener har for vane at konstant ændre deres position inden for genomet, derved udløser mutationer. Ved at nedbryde transposoner og gøre dem ufarlige, piRNA'er yder et vigtigt bidrag til stabiliteten af ​​genetisk information, især i planariske stamceller. Denne måde, forskere er nu tættere på at forstå, hvordan planarernes stamceller opretholder den nødvendige fleksibilitet til at regenerere kropsdele uden at ødelægge sig selv på samme tid.

"piRNA'er har denne stabiliserende virkning hos mennesker, også, men de forekommer kun i vores kønsceller. Planarer, i modsætning, har et stort antal piRNA'er i voksne pluripotente stamceller, som fortsætter med at differentiere og udvikle sig til forskellige vævstyper. Planarer er derfor en ideel modelorganismer til at undersøge virkemåden for piRNA'er, "siger Dr. Claus Kuhn.

En anden funktion af piRNA'er:nedbrydning af messenger -RNA'er

I øvrigt, Bayreuth-forskerne har opdaget en anden funktion for SMEDWI-3:nogle piRNA'er, som SMEDWI-3 binder sig til ikke efterfølgende at målrette mod springende gener, men i stedet genkende mRNA'er. Disse molekyler, også kendt som "messenger -RNA'er, "indeholder oplysninger til syntese af proteiner. I nogle tilfælde, de nedbrydes af piRNA'erne bundet til SMEDWI-3, i andre tilfælde er de kun bundet af SMEDWI-3 og muligvis endda beskyttet mod nedbrydning.

"Vi var meget overraskede, da vi fandt denne ekstra funktion af SMEDWI-3, som sker uafhængigt af nedbrydning af springende gener. Det forekommer muligt, at nogle piRNA'er bundet til SMEDWI-3 bruges til nedbrydning af mRNA'er, fordi dette holder stamcellerne i en mere stabil tilstand af pluripotens. Pluripotens kan tænkes at blive bragt i fare, hvis for meget et givet messenger -RNA er tilgængeligt og bruges til proteinsyntese. Imidlertid, det er stadig uklart, hvad det endelige formål med SMEDWI-3-binding til messenger-RNA'er er, når det ikke fører til nedbrydning af RNA. Det er det, vi håber at finde ud af i fremtiden, "siger Iana Kim, første forfatter til det nye studie og doktorand i Dr. Claus Kuhns laboratorium.