Procesul complex de duplicare a informaţiei genetice, denumit replicarea ADN-ului, se află în centrul transmiterii vieţii de la o celulă la alta şi de la un organism la altul. Acest lucru se întâmplă nu doar prin simpla copiere a informaţiilor genetice, spun cercetătorii, ci trebuie să aibă loc o secvenţă bine orchestrată de evenimente moleculare la momentul potrivit.
Acum, oamenii de ştiinţă germani de la Helmholtz Munchen au descoperit recent un aspect fascinant al acestui proces cunoscut sub numele de „sincronizarea replicării" (SR/RT/Replication timing) şi cât de special este momentul în care începe viaţa.
Rezultatele cercetării au fost publicate miercuri, în revista Nature.
Procesul de sincronizarea replicării ADN se referă la momentele specifice în care sunt duplicate diferite regiuni ale codului nostru genetic.
Cercetătorii de la Institutul pentru Epigenetică şi Celule Stem de la Helmholtz München au implementat o tehnică numită „Repli-seq" pentru a aprofunda relaţia intimă dintre SR şi adaptabilitatea celulelor, respectiv, plasticitatea celulară.
Echipa a descoperit şi o nouă relaţie între SR şi modul în care genele se pliază în structuri tridimensionale în interiorul nucleului celular.
Pornind de la cel mai timpuriu stadiu al unui embrion, zigotul - începutul vieţii unui organism - cercetătorii au creat o hartă a SR de la acest stadiu unicelular până la stadiul în care embrionul se implantează în uterul mamei (blastocist).
O descoperire neaşteptată a fost faptul că SR din embrionul unicelular nu este foarte ordonată, ceea ce duce la sugestia că duplicările genomului sunt foarte flexibile în aceste celule timpurii.
Cu toate acestea, după stadiul de 4 celule, acest proces devine mai definit. Are loc un proces gradual, care reflectă dobândirea treptată a modificărilor ADN-ului şi a proteinelor asociate, aşa-numitele mărci de cromatină, care indică activitatea şi importanţa genelor în funcţiile celulei.
Potrivit cercetătorilor, acest lucru este remarcabil, deoarece indică faptul că aceste celule embrionare timpurii au un program de duplicare a genomului foarte „plastic".
Întrucât aceste celule timpurii sunt totipotente (omipotente), asta înseamnă că ele pot crea fiecare celulă din corpul uman.
„Credem că ceea ce am descoperit în acest studiu este unul dintre motivele pentru care aceste celule sunt atât de remarcabil de capabile să genereze tot corpul", scriu cercetătorii într-un comunicat.
Noile descoperiri despre replicarea ADN-ului pot servi drept instrument de reprogramare a celulelor.
Imaginea microscopică arată ADN-ul în albastru şi regiunile replicate în roşu. Credit: Tsunetoshi Nakatani / Helmholtz München
Rezultatele arată, de asemenea, că ARN polimeraza, cunoscută în mod obişnuit ca enzima responsabilă de citirea codului genetic şi de transcrierea acestuia în ARN, contribuie la determinarea exactă a programului de sincronizare a replicării, oferind unele indicii despre cum s-ar putea manipula un astfel de program în viitor.
Echipa de cercetători a descoperit că mai întâi se formează structura tridimensională a genomului, iar programul de sincronizare a replicării este stabilit în consecinţă.
Aceasta este o descoperire importantă, scriou cercetătorii, deoarece presupune că modul în care genomul uman se acomodează în spaţiul tridimensional al nucleului celular influenţează flexibilitatea programului de sincronizare a replicării.
În concluzie, calendarul replicării ADN-ului este o piesă fascinantă a puzzle-ului în marea naraţiune a vieţii, scriu cercetătorii germani.
Ea demonstrează modul în care precizia replicării genetice este intim legată de capacitatea celulelor din embrionul timpuriu de a genera alte tipuri de celule în corpul uman.
Pe măsură ce oamenii de ştiinţă continuă să exploreze aceste conexiuni, dobândim o înţelegere mai profundă a înseşi esenţei de transmitere a vieţii, de la celulă la celulă, de la organism la organism, şi a ceea ce face ca o celulă să fie capabilă să genereze un corp nou.
