Genomparasiten sperren |  EurekAlert!  Wissenschaftliche Nachrichten

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Forscher von GMI – dem Gregor-Mendel-Institut für Pflanzenmolekularbiologie an der Österreichischen Akademie der Wissenschaften – entdecken einen ausgeklügelten Mechanismus, durch den Arabidopsis die Integrität seines Genoms schützt. Der Artikel wird in der Zeitschrift veröffentlicht Zellbiologie der Natur.

Ist es möglich, dass ein einzelnes Genprodukt unerwünschtes genetisches Material zum Schweigen bringt? Kann ein so starker Effekt bei der Regulation transponierbarer Elemente (TEs) oder Genomparasiten beobachtet werden? Wenn ja, wie ermöglicht dieses genetische Produkt allein die Kontrolle von Transposons? Neue Forschungen der Gruppe von Frédéric Berger bei GMI geben Antworten auf diese Fragen und analysieren einen Gen-Silencing-Mechanismus, der seit langem geheimnisvoll ist.

Parasiten des Genoms

Obwohl springende Transposons die genomische Variation auf evolutionärer Ebene fördern, sind ihre Auswirkungen auf einen einzelnen Organismus äußerst schädlich. Wenn sie nicht reguliert werden, können sie zu einer Instabilität des Genoms und verschiedenen Krankheiten führen. In der Modellpflanze Arabidopsis wurde gezeigt, dass der vor 30 Jahren identifizierte Funktionsverlust eines einzelnen Genprodukts, die Abnahme der DNA-Methylierung I (DDM1), zu großen und unkontrollierbaren Transpositionsereignissen führt. DDM1 ist ein Chromatin-Remodel, das dazu beiträgt, die DNA dicht zu verdichten, um TEs zum Schweigen zu bringen. Der zugrunde liegende Mechanismus, wie DDM1 TE zum Schweigen bringt, war jedoch noch unbekannt.

Gefangen, bevor du springst!

Das Team um GMI-Gruppenleiter Frédéric Berger mit den beiden Erstautoren Akihisa Osakabe und Bhagyshree Jamge beschreibt den molekularen Wirkungsmechanismus von DDM1. Sie zeigen, dass DDM1 auf TEs abzielt, indem es an H2A.W bindet, eine Variante von Histon H2A, einem der Bausteine, die DNA beschichten, um kondensiertes und dicht gepacktes Heterochromatin zu bilden. Das Team zeigt, dass die Ablagerung von H2A.W durch DDM1 auf TE-reichen DNA-Regionen nicht nur notwendig, sondern auch ausreichend ist, um Chromatin umzuformen und TEs zum Schweigen zu bringen. Wichtig ist, dass das Team zeigt, dass dieser Mechanismus andere bekannte TE-Silencing-Mechanismen bei Arabidopsis bei weitem dominiert und dass die Wirkung von DDM1 spezifisch für springende Gene mit intaktem Transpositionspotential ist, d. H. Potenziell mobile TEs. „Transposons integrieren das Genom und teilen so das Chromatin mit dem Wirt. Sie können als Feinde gesehen werden, die sich in Häusern verstecken. Was unterscheidet diese Häuser von denen, die proteinkodierende Gene enthalten? – Das für den Bau dieser Häuser verwendete Material ist unterschiedlich: Es enthält Transposons, so dass sie nicht herauskommen und sich nicht vermehren können “, erklärt Frédéric Berger. Der beschriebene Stummschaltungsmechanismus beeinflusst weder die Fragmente springender Gene, die ihre Fähigkeit zur unabhängigen Transponierung verloren haben, noch die Gene, die die Proteine ​​codieren. Frédéric Berger zögert nicht, den Mechanismus mit ein wenig Humor zu beschreiben: “Grundsätzlich besteht die Strategie darin, Ihren Feind in Bausteine ​​aus speziellem Material einzubetten und ihn in die Hölle zu schicken!”.

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Von DHL in die Hölle geschickt

Die Assoziation mit der Hölle stammt von “Hells”, dem Namen des menschlichen Orthologen von Arabidopsis DDM1. Die Forscher schlagen eine neue Klasse von Chromatin-Remodellern vor, die DDM1 und Hells mit ihrem Mausorthologen Lsh, das sie “DHL” nennen, zusammenfassen. DHL Chromatin Remodelers zeigen konservierte Bindungsstellen für Histonvarianten. Zusätzlich wurden alle drei Remodeler mit genomischer Instabilität und Krankheit in ihren jeweiligen Organismen in Verbindung gebracht, falls Mutationen zu ihrem Funktionsverlust führen.

DHL-Renovatoren steuern die Transposon-Dynamik

DDM1 ist der Schlüsselfaktor beim “Tarnen” von TEs aus der Transkriptionsmaschinerie, indem spezielle “Bausteine” verwendet werden, die ihre Erkennung verhindern. Auf die umfassenderen Auswirkungen dieses neuen Mechanismus angesprochen, sagte Frédéric Berger: „DDM1-Orthologe bei Säugetieren lagern die Orthologvariante H2A.W macroH2A ab, die an verschiedenen menschlichen Syndromen und Krebsarten beteiligt ist. Histon-bindende Proteine ​​werden unser Verständnis der Genomdynamik mit Auswirkungen auf Medizin und Evolution verbessern. “

Entwicklung von Stille-Mechanismen in Hefen

Frédéric Berger, der vom Österreichischen Wissenschaftsfonds (FWF) aus dem Stipendium „1000 Ideen“ für Hochrisikoforschung finanziert wurde, untersucht bereits die neuen Eigenschaften dieser Histonvarianten und Chromatin-Remodeler und entwirft neue Stummschaltungswege in Hefen auf der Basis von Arabidopsis H2A.W und DDM1.

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Originalveröffentlichung:

Osakabe, Jamge et al., “DDM1 Chromatin Remodeler verhindert die Transposonmobilität durch Ablagerung der Histonvariante H2A.W”, Zellbiologie der Natur2021. DOI: https: //.dx.mache ich.org /zehn.1038 /s41556-021-00658-1

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