LOS ALAMOS, N.M., 2001. október 4. – Az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának Los Alamos Nemzeti Laboratóriumának biológusai új meglátásokat fedeztek fel arról, hogy az emlőssejtekben található két közös fehérje miként okozhatja a kromoszómák összeolvadását – olyan mutációkat, amelyek elpusztíthatják sejteket vagy rákot okozhatnak.
A kutatást Susan Bailey és Edwin Goodwin, a Los Alamos Biosciences Division munkatársa a közelmúltban tették közzé a Science folyóiratban.
Bailey, Goodwin és kollégáik a telomerek szerepét vizsgálták a kromoszómavégek védelmében. A kromoszómák dezoxiribonukleinsavból - DNS -ből állnak, és a genetikai információ hordozói.Az emberi sejtek 22 pár kromoszómát és két nemi kromoszómát tartalmaznak. A telomerek speciális védőstruktúrák az X-alakú kromoszómák mindegyik karjának végén.
Telomerek nélkül a természetes kromoszómavégek úgy tűnnek a sejt számára, mint a törött DNS-végek, amelyek javításra szorulnak. Egyes gének mutációi rontják a telomerek védő funkcióját, ami nem megfelelő "javításhoz" vezet, ami gyakorlatilag a kromoszómák végpontok közötti egyesülését okozza. A kromoszómavég-fúziók destabilizálják a genetikai információ rendezett átvitelét a következő generációs sejtek felé. A Los Alamos kutatói a telomer diszfunkciót tanulmányozták, hogy többet megtudjanak a normál telomer működéséről.
Minden kromoszóma négy telomerrel rendelkezik. Az emlős telomerek egy egyedi DNS-szekvenciát tartalmaznak, amelyet korábban Los Alamos Human Genome Projectje fedezett fel, valamint olyan speciális fehérjéket, amelyek együttesen védőkupakot hoznak létre a kromoszómakarok végén.
Bailey és Goodwin megvizsgálta két fehérje szerepét a telomerek működésében.Egy fehérjéről ismert volt, hogy szerepet játszik a telomerek működésében és a kromoszómavégek lezárásában. A másik fehérjéről eredetileg kimutatták, hogy segít helyreállítani a sérült DNS-t, de később Bailey és Goodwin kimutatta, hogy a természetes kromoszómavégeket is megvédi.
A kutatók Titia DeLange, a Rockefeller Egyetem munkatársa által biztosított emberi sejteket használták, amelyek mesterségesen indukált változásokat tartalmaztak az első fehérjében, illetve egérsejteket a második fehérjében mutációkkal. Normál körülmények között, amikor a sejtek osztódnak, pontos másolatokat termelnek, beleértve a bennük lévő kromoszómák pontos másolatait is. Bailey, Goodwin és munkatársai azt találták, hogy a megváltozott fehérjéket tartalmazó sejtek utódai gyakran tartalmaznak olyan kromoszómákat, amelyek az egyik karon más kromoszómákkal fuzionáltak. A fuzionált kromoszómák kolbászszerű megjelenésűek voltak, és könnyen megkülönböztethetők a normál kromoszómáktól. Genetikai rendellenességeik miatt a sérült leánysejtek gyakran nem tudtak boldogulni.
Az egyesülő kromoszómakarok a haldokló leánysejtekben azt jelezték, hogy a meghibásodás összefüggésbe hozható a telomerek replikációjával, és azt jelzi, hogy az eredeti sejtekben indukált fehérjeváltozások szerepet játszottak.De Bailey és Goodwin észrevett valami mást – valami rendkívülit és váratlant.
A Los Alamos által kifejlesztett technika, az úgynevezett kromoszóma-orientációs fluoreszcencia in situ hibridizáció (CO-FISH) segítségével, amely rávilágít, hogy a DNS kettős hélix melyik fél szála ment át replikáción a sejtosztódási folyamat során, a kutatók megállapították, hogy a fúzió csak a kromoszómák meghatározott karjain fordult elő. Sőt, Bailey és Goodwin észrevette, hogy az „X” azonos oldalán lévő két kar kromoszómájában soha nem történt fúzió; ha egy kromoszómában egynél több fúzió történt, akkor a fúzió mindig az ellentétes oldalak ellentétes karjain történt. Ez azt jelezte a kutatóknak, hogy a kromoszómákban nem minden telomer egyforma, mert ha így lenne, akkor a kutatók legalább néhány esetben azt várták volna, hogy a véletlen törvényei alapján egyoldali fúziót látnak.
"Sok kutatást végeztek a telomerekkel kapcsolatban a biológiai közösségben, és a hagyományos elképzelés az volt, hogy minden telomer egyformán jön létre" - mondta Goodwin."Kutatásunk azt mutatja, hogy ez nem így van. Két különböző folyamat létezik a telomerek védelmére, és ezeknek eltérő genetikai követelményei vannak."
A telomerek közötti különbség nyilvánvalóan a kromoszómák replikációjának módjában rejlik, állapította meg Bailey és Goodwin. Amikor a kromoszómák megkettőződnek, DNS kettős hélixeik két szálra válnak szét, majd mindegyik fél szálon újjáépítik DNS-szerkezetüket. Mivel a DNS-polimerázok – az új DNS-szálakat alkotó fehérjekatalizátorok – csak egy irányba haladnak, az eredeti szülőtelomerről replikált két új telomer két különböző mechanizmussal jön létre.
Egy esetben a telomer kettős hélixe tompa végén végződik. A másik esetben a telomer egy parányi kémiai túlnyúlással ér véget. Ez a túlnyúlás azért fontos, mert lehetővé teszi a telomer számára, hogy visszahurkoljon önmagára - úgynevezett "t-hurkot" képezve -, hogy befejezze a végsapkáját. Az első folyamatot vezető szálú DNS-szintézisnek nevezik; a második az elmaradott szálú DNS-szintézis néven ismert.
Bailey, Goodwin és kollégáik azt találták, hogy a kromoszómafúzió csak a kromoszómák azon helyein fordult elő, ahol a vezető szálú folyamat során telomerek keletkeztek.
A kutatás azt mutatja, hogy a vizsgálathoz használt sejtekben indukált mindkét megváltozott fehérje szerepet játszik a vezető szálú DNS-szintézis során létrejövő telomerek végeinek lezárásában, de nem szükséges a lemaradó szálak szintézisével replikált telomerek lefedése.
Bailey és Goodwin kutatása azért jelentős, mert kimutatta kétféle telomer létezését, és betekintést enged két fehérje normális sejtműködésben betöltött szerepébe is.
A cikk Bailey és Goodwin összes társszerzője egykori Los Alamos-kutató, köztük: Michael Cornforth, Sugárzás Onkológiai Osztály, Texasi Egyetem Orvosi Fiókja; valamint Akihiro Kurimasa és David Chen, Sejt- és Molekuláris Biológiai Osztály, Lawrence Berkeley National Laboratory.
A Los Alamos Nemzeti Laboratóriumot a Kaliforniai Egyetem üzemelteti az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának Nemzeti Nukleáris Biztonsági Igazgatósága számára.
