Postępy Biologii Komórki, tom 32, 2005, supl. 23

Streszczenie: Retroelementy stanowią znaczącą frakcję powtarzalnych sekwencji genomów Eukaryota. Grupę tę tworzą retroelementy LTR-owe i pozbawione długich terminalnych powtórzeń (non-LTR). Do tej drugiej należą sekwencje LINE (długie rozproszone elementy jądrowe) i SINE (krótkie rozproszone elementy jądrowe), stanowiące obfity komponent jądrowych genomów licznych gatunków. Elementy LINE mają zdolność autonomicznej transpozycji, podczas gdy nieautonomiczne SINE wykorzystują do tego celu enzymy kodowane przez inne retroelementy. Retrotranspozony pozbawione LTRów po raz pierwszy odkryto w genomie ssaków, a później także wśród grzybów, roślin i bezkręgowców. SINE należą do klasy umiarkowanie i wysoce powtarzalnych sekwencji, a najintensywniej badanym ich przykładem jest rodzina Alu u naczelnych. Elementy SINE osiągają długość 80–500 pz i wyróżniają się złożoną budową. W większości przypadków ich region 5' wykazuje podobieństwo wobec genów tRNA, nieliczne rodziny wywodzą się z genów 5S rRNA i 7SL RNA. Region 3' licznych SINE wykazuje podobieństwo wobec końców 3' niektórych LINE. Zakończenie elementów stanowią tzw. ogony polyA lub sekwencje bogate w A/T. W części tRNA-pokrewnej zlokalizowane są wysoce konserwatywne sekwencje (boxA i boxB) stanowiące wewnętrzny promotor polimerazy RNA III. SINE nie mają własnych genów odwrotnej transkryptazy, nie są zatem zdolne do samodzielnej transpozycji. Podobnie jak LINE, SINE przemieszczają się w genomie w wyniku retrotranspozycji tworząc w miejscu integracji krótkie powtórzenia. Informacje o możliwych funkcjach SINE są nadal niekompletne i podlegają ciągłej reinterpretacji, znaczny wpływ SINE na genomy wydaje się być jednak bezsprzeczny. Mają wpływ na ewolucję, budowę i funkcjonowanie genomów/genów, także na poziomie transkrypcyjnym. Obecność niektórych elementów SINE została powiązana z chorobami genetycznymi i nowotworowymi. Ze względu na międzygatunkowe różnice w lokalizacji SINE w genomach, zostały one wykorzystane jako markery w analizach filogenetycznych.

Genetyczna kontrola samoodtwarzania merystemu apikalnego pędu Arabidopsis thaliana

Streszczenie: Merystem apikalny pędu pełni dwie zasadnicze funkcje: samoodtwarzania i tworzenia zawiązków organów bocznych, takich jak liście i pędy pachwinowe. Funkcje te są ściśle związane ze strefami cytohistologicznymi merystemu. Strefa centralna, która jest zaangażowana w samoodtwarzanie merystemu, u Arabidopsis thaliana charakteryzuje się ekspresją genów rodziny CLAVATA i WUSCHEL. Tworzenie zawiązków organów bocznych następuje w strefie peryferycznej. Położony poniżej strefy centralnej merystem słupowy uczestniczy w tworzeniu łodygi. Zaburzenie transdukcji sygnałów CLV - WUS może prowadzić do dwóch różnych efektów fenotypowych. Przy braku aktywności jednego z genów CLV następuje nadmierna proliferacja komórek strefy centralnej i powiększenie rozmiarów merystemu. Natomiast w przypadku braku aktywności genu WUS, po wytworzeniu kilku zawiązków pula komórek merystemu zostaje prawie całkowicie zużyta. Efekt wczesnego zahamowania rozwoju merystemu został również stwierdzony u roślin z nadekspresją CLV3. Badania ostatnich kilku lat wykazały istotny i często bezpośredni wpływ produktów innych genów na ekspresję genów WUSCHEL i CLAVATA, a tym samym na regulację samoodtwarzania merystemu. Szczególnej regulacji podlega ekspresja genu WUS. Produkty genów ULTRAPETALA, HANABA TARANU i AGAMOUS hamują ekspresję, natomiast SPLAYED i STIMPY – aktywują. Większość tych produktów to czynniki transkrypcyjne. Eksperymenty z laserową ablacją strefy centralnej merystemu apikalnego pędu pomidora (Lycopersicon esculentum) wskazują, że komórki otaczające strefę centralną są zdolne do indukowanej ekspresji genu ortologicznego do WUS Arabidopsis. Dzięki temu merystem odbudowuje strefę centralną na terenie strefy peryferycznej i staje się zdolny do dalszego funkcjonowania. Badania nad genetyczną kontrolą funkcjonowania merystemu apikalnego pędu są prowadzone nie tylko na Arabidopsis thaliana, ale również Oryza sativa i Zea mays – na gatunkach jednoliściennych, dla których opisano geny ortologiczne do AtCLV lub AtWUS.

Słowa kluczowe: Arabidopsis thaliana, merystem apikalny pędu (SAM), komórki inicjalne, samoodtwarzanie, CLAVATA, WUSCHEL

Streszczenie: W 2007 roku Nagroda Nobla w dziedzinie Fizjologii i Medycyny przyznana została Martinowi Evansowi, Mario Cappecchiemu oraz Olivierowi Smithiesowi. Martin Evans został uhonorowany za izolowanie pluripotentnych mysich zarodkowych komórek macierzystych (komórek ES), dwaj pozostali badacze za opracowanie metod genetycznej modyfikacji tych komórek.Tutaj przedstawiono historię uzyskania zarodkowych komórek macierzystych, metody wywoływania ich ukierunkowanego różnicowania in vivo oraz in vitro, a także wybrane problemy związane z potencjalnym zastosowaniem tych komórek w terapii. Omówione zostały także techniki wykorzystywane do modyfikacji genetycznej komórek ES oraz najnowsze osiągnięcia naukowe, dzięki którym możliwe jest uzyskiwanie pluripotentnych komórek nie tylko z zarodków na wczesnych etapach rozwoju, ale także z komórek somatycznych.

Słowa kluczowe: zarodkowe komórki macierzyste, pluripotencja, myszy knock-out, różnicowanie, potworniak

Nukleolina – charakterystyka białka i jego rola w biologii nowotworów i infekcjach wirusowych

Streszczenie: Nukleolina jest wielofunkcyjnym, białkiem, w którym można wyróżnić trzy domeny różniące się budową i warunkujące różne funkcje. Białko to zlokalizowane jest głównie w jąderkach, ale występuje również w karioplazmie poza nimi, w cytoplazmie i błonie komórkowej oraz ma zdolność przemieszczania się między tymi przedziałami. Różnorodna lokalizacja przemawia za jego udziałem w komórce w wielorakich procesach fizjologicznych, jak i patologicznych. Jednak główną funkcją nukleoliny jest udział w obróbce rRNA od etapu transkrypcji rDNA po organizację cząstek prerybosomowych. Nukleolina uczestniczy w zmianach struktury chromatyny, wydłużaniu pierwotnego transkryptu rRNA i dojrzewaniu rybosomów. Wykazuje ona ponadto zdolność m.in. stabilizowania mRNA, formowania struktury jąderek czy uczestniczenia w procesie apoptozy. Nukleolina odgrywa rolę w karcynogenezie indukowanej wirusami ludzkiego brodawczaka oraz wpływa na białka supresorowe i czynniki transkrypcyjne. Badania nad ekspresją nukleoliny w rakach sutka wykazały jej związek z typem histologicznym, ekspresją receptora estrogenowego, fazami cyklu komórkowego i obecnością przerzutów w węzłach chłonnych. W ostatnich latach zwrócono również uwagę na rolę nukleoliny zlokalizowanej w obrębie błony komórkowej we wnikaniu cząstek wirusów do komórki. W infekcji wirusem HIV, może stanowić ona potencjalny cel terapeutyczny. Nukleolina wpływa również na replikację wirusów hepatotropowych. Istotną rolę nukleoliny w infekcjach wirusowych potwierdza również fakt jej współwystępowania z antygenami licznych wirusów. W pracy omówiono strukturę nukleoliny, regulację ekspresji i modyfikacje potranslacyjne oraz główne funkcje w komórce. Przedstawiono ponadto najnowsze poglądy na rolę nukleoliny w biologii nowotworów oraz jej udział w infekcjach wirusowych, szczególnie w infekcji wirusem HIV i wirusami hepatotropowymi.

Słowa kluczowe: nukleolina, jąderko, AgNOR, infekcja wirusowa, HIV, nowotwory

Streszczenie: Białka Pax (ang. Paired box protein) regulują procesy związane z podziałami oraz różnicowaniem wielu typów komórek podczas rozwoju zarodkowego i pourodzeniowego u różnych gatunków zwierząt. Geny Pax są konserwatywne ewolucyjnie, ich homologi wykryto w genomie nicieni i owadów oraz płazów, ryb, ptaków i ssaków. Brak funkcjonalnych genów lub nieprawidłowości w budowie białek Pax mogą prowadzić do transformacji nowotworowej. W niniejszej pracy omówiono strukturę i funkcje czynników Pax oraz ich oddziaływania z innymi białkami. Ponadto przedstawiono dane dotyczące udziału białek Pax w procesach organogenezy oraz onkogenezy. Szczególną uwagę poświęcono roli białek Pax podczas rozwoju ośrodkowego układu nerwowego i mięśni szkieletowych.

Streszczenie: Imprinting genomowy (rodzicielskie piętno genomowe) polega na epigenetycznej modyfikacji allelu danego genu w zależności od jego pochodzenia (od ojca lub od matki), a tym samym wyciszeniu jednego allelu. Różnice w genomach rodzicielskich powstają w trakcie gametogenezy jako specyficzne dla linii płciowej wzory metylacji DNA w określonych odcinkach chromosomów. Większość imprintowanych genów występuje w wyraźnych klastrach. W każdym z nich kodowana jest przynajmniej jedna cząsteczka RNA, która nie ulega translacji. Jak dotychczas udało się ustalić dwa mechanizmy wyciszania genów u ssaków dla zaledwie trzech imprintowanych klastrów. Wyniki uzyskiwane z analiz pozostałych imprintowanych genów pozwolą na stwierdzenie, czy faktycznie strategie oparte na antysensownym RNA i sekwencje insulatorowe są uniwersalne.

Słowa kluczowe: imprinting genomowy, klastry, centra piętnowania, insulatory, niekodujący RNA

Streszczenie: Neocentromery są strukturami w pełni aktywnymi w procesie separacji chromatyd i ich kierowania ku biegunom wrzeciona podziałowego podczas mitozy i mejozy. Nukleosomy chromatyny centromerowej zawierają białko CENP-A i jego homologi, będące wariantami histonu H3 i decydujące o tożsamości centromeru/neocentromeru. Neocentromery powstają w odległych, niecentromerowych strefach chromosomów i dlatego zawierają DNA inny niż centromerowy. Utworzenie centromeru może być odpowiedzią na dezaktywację endogennego centromeru. Neocentromery tworzą się zwykle w wyniku rearanżacji chromosomów, na ich fragmentach acentrycznych, dzięki czemu taki fragment może przemieszczać się prawidłowo do biegunów wrzeciona. Do 2004 r. u człowieka opisano 70 przykładów występowania neocentromerów, powstałych w wyniku rearanżacji chromosomów. Szczególnie podatne na ich tworzenie są ramiona chromosomów 3q, 13q i 15q. Powstanie funkcjonalnych neocentromerów może być indukowane in vitro na minichromosomach ssaków oraz na ludzkich sztucznych chromosomach. Neocentromery tworzą się po wprowadzeniu do komórek w kulturach in vitro drogą transfekcji lub mikroiniekcji centromerowego DNA. U roślin prawdziwe neocentromery, tj. zawierające białko CENH3 (homolog CENP-A) oraz inne białka centromerowe i kinetochorowe, tworzą się w wyniku rearanżacji chromosomów. Nazwę „neocentromery” nadaje się niesłusznie dużym blokom heterochromatynowym, zwanym knobami, zawierającymi powtórzenia DNA o długości 350 pz i 180 pz. Knoby łączą się z mikrotubulami i szybko przesuwają się ku biegunom podczas anafazy II podziału mejozy. Knoby nie zawierają ani CENH3, ani jakichkolwiek białek centromerowych. W jądrach endopoliploidalnych, pozbawionych zdolności do podziałów mitotycznych, zwielokrotnieniu DNA centromerowego nie towarzyszy proporcjonalne zwiększenie poziomu CENH3. Neocentromery człowieka powstające w prążkach euchromatynowych zawierają, podobnie jak endogenne centromery chromosomu 8. u ryżu, sekwencje unikatowe. W przeciwieństwie do typowych centromerów zarówno w neocentromerach, jak i w regionach centromerowych u ryżu może zachodzić proces transkrypcji.

Słowa kluczowe: neocentromery, knoby, chromosomy dicentryczne, minichromosomy, sztuczne chromosomy

Neocentromery. II. Molekularne czynniki niezbędne dla powstania centromeru i neocentromeru

Streszczenie: Neocentromery nie zawierają DNA charakterystycznego dla endogennych centromerów, tj. tandemowych układów sekwencji powtarzalnych; zatem rodzaj DNA nie decyduje o tożsamości neocentromerów. Tworzenie neocentromerów odbywa się przez mechanizmy epigenetyczne. Jest prawdopodobne, że ośrodkiem tworzenia neocentromerów w odcinkach euchromatynowych chromosomów mogłyby być ruchome elementy, które licznie występują w genomach eukariotycznych i są również obecne we właściwym centromerze oraz w przylegającej do niego heterochromatynie przycentromerowej. Wyniki badań metodą immunoprecypitacji wykazały, że kluczowe białko CENP-A/CENH3, decydujące o powstaniu centromeru, wiąże się z retorelementami. Nadekspresja tego białka u Drosophila powoduje jego pojawienie się w miejscach niecentromerowych chromosomów, powstanie funkcjonalnych neocentromerów i chromosomów policentrycznych, co skutkuje licznymi zakłóceniami w przebiegu mitozy. Mechanizm zapobiegający nadmiarowi i CID (homolog CENP-A u Drosophila) polega na proteolizie tego białka niezwiązanego z centromerami. Zastosowanie białek fuzyjnych CENP-A i jego homologów – GFP/YFP/EYEP pozwoliło na stwierdzenie, że u większości wyższych Eukaryota synteza i montowanie tego białka do nukleosomów chromatyny centromerowej odbywa się w fazie G2, u Drosophila – w fazie S, zaś u drożdży – podczas S i G2. O specyficznym dla centromerów montowaniu CENP-A/CENH3 decyduje obecność w ich C-terminalnym krańcu domeny docelowej, CATD. Montowanie CENP-A i homologów następuje również przy braku gatunkowo-specyficznego N-teminalnego krańca. Integralną częścią regionu centromerowego jest heterochromatyna, obecna we właściwym centromerze i w regionie przycentromerowym. W endogennych centromerach heterochromatyna wykazuje wszystkie epigenetyczne cechy właściwe dla heterochromatyny i nieaktywnej transkrypcyjnie chromatyny skondensowanej: metylację DNA, metylacje lizyn 9. i 27. w histonie H3 oraz lizyny 20. w histonie H4, brak acetylacji H3 i H4, obecność białka HP1. Te modyfikacje pojawiają się w regionie neocentromerowym powstałym w obrębie euchromatyny, ale w mniejszym stopniu niż w endogennych centromerach. Kohezyna, powodująca przyleganie siostrzanych chromatyd, pojawia się wraz z odtwarzaniem chromatyny, po replikacji DNA i preferencyjnie wiąże się z regionami heterochromatynowymi, z których jako ostania zanika przy heterochromatynie przycentromerowej. Ostatnio wykazano wiązanie kohezyny do odcinków euchromatynowych. Podczas ewolucji chromosomów następują zmiany w lokalizacji centromerów w wyniku ich dezaktywacji i powstawania neocentromerów. Uzyskane dotąd dane doświadczalne dotyczące tworzenia neocentromerów są nieliczne: nadal nie wiadomo, dlaczego neocentromery tworzą się zarówno w regionach eu-, jak i heterochromatyny oraz co – poza dezaktywacją endogennego centromeru – powoduje ich pojawienie.

Słowa kluczowe: neocentromery, ruchome elementy, CENP-A i homologi, heterochromatyna, kohezja, ewolucja