Νέα ανακάλυψη στη ρύθμιση της μεθυλίωσης του DNA ανοίγει δρόμους στην επιγενετική μηχανική
Όλοι οι κυτταρικοί τύποι ενός οργανισμού μοιράζονται την ίδια γενετική ακολουθία. Ωστόσο, η διαφορά έγκειται στην επιγενετική τους, δηλαδή στις χημικές ετικέτες που ρυθμίζουν ποια γονίδια εκφράζονται σε κάθε κύτταρο. Λάθη ή αποτυχίες στη ρύθμιση αυτής της επιγενετικής διαδικασίας μπορεί να οδηγήσουν σε σοβαρές αναπτυξιακές ανωμαλίες, τόσο στα φυτά όσο και στα ζώα. Αυτό δημιουργεί ένα ερώτημα: Ποιος ρυθμίζει τις επιγενετικές αλλαγές;
Η ανακάλυψη του Ινστιτούτου Salk
Ερευνητές από το Ινστιτούτο Salk έχουν πλέον χρησιμοποιήσει φυτικά κύτταρα για να αποδείξουν ότι ένας τύπος επιγενετικής ετικέτας, γνωστός ως μεθυλίωση του DNA, μπορεί να ρυθμίζεται από γενετικούς μηχανισμούς. Αυτή η νέα μέθοδος στόχευσης της μεθυλίωσης του DNA στα φυτά χρησιμοποιεί συγκεκριμένες ακολουθίες DNA για να καθοδηγήσει τη μηχανή μεθυλίωσης στο πού να προσδεθεί. Μέχρι τώρα, οι επιστήμονες είχαν κατανοήσει μόνο πώς η μεθυλίωση του DNA ρυθμίζεται από άλλες επιγενετικές χαρακτηριστικές, καθιστώντας αυτή την ανακάλυψη μια σημαντική αλλαγή παραδείγματος.
Επιπτώσεις στην επιγενετική μηχανική
Αυτά τα ευρήματα θα μπορούσαν να συμβάλουν σε μελλοντικές στρατηγικές επιγενετικής μηχανικής, με στόχο τη δημιουργία προτύπων μεθυλίωσης που θα μπορούσαν να επιδιορθώσουν ή να ενισχύσουν τη λειτουργία των κυττάρων. Οι εφαρμογές τους εκτείνονται σε πολλούς τομείς, από την ιατρική έως τη γεωργία.
«Στα φυτά και τα ζώα, οι λανθασμένοι τύποι μεθυλίωσης του DNA μπορούν να προκαλέσουν αναπτυξιακές ανωμαλίες, και στους θηλαστικούς οργανισμούς αυτό μπορεί να οδηγήσει σε πολλές ασθένειες, συμπεριλαμβανομένου του καρκίνου», δήλωσε η Julie Law, PhD, βιοχημικός και αναπληρώτρια καθηγήτρια στο Salk. «Είναι πολύ σημαντικό για εμάς να κατανοήσουμε πώς η μεθυλίωση του DNA στοχεύει τις σωστές τοποθεσίες στους σωστούς ιστούς και στις σωστές αναπτυξιακές φάσεις. Η εργασία μας απαντά σε ένα μακροχρόνιο ερώτημα σχετικά με το πώς δημιουργούνται νέα πρότυπα μεθυλίωσης κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης των φυτών, κάτι που είναι το πρώτο βήμα για να σκεφτούμε την μηχανική των προτύπων μεθυλίωσης του DNA για τη βελτίωση της κυτταρικής ευρωστίας».
Η σημασία της επιγενετικής
Η επιγενετική είναι η επιστήμη που εξετάζει τις αλλαγές στη γονιδιακή έκφραση που δεν οφείλονται σε αλλαγές της ίδιας της γενετικής ακολουθίας. Η μεθυλίωση του DNA είναι μια από τις πιο γνωστές επιγενετικές ετικέτες, στην οποία μια μεθυλική ομάδα προστίθεται σε συγκεκριμένα «C» γράμματα μέσα στον γενετικό κώδικα. Αυτές οι ετικέτες σηματοδοτούν την απενεργοποίηση του υποκείμενου DNA, μια διαδικασία που ονομάζεται «σιωπή». Αυτή η διαδικασία είναι κρίσιμη για τη ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης, αλλά και για την αποσιώπηση ειδικών γενετικών στοιχείων, γνωστών ως μεταθετά. Αν εκφραστούν, οι μεταθετά μπορούν να μετακινηθούν μέσα στο γονιδίωμα, προκαλώντας αστάθεια και μειωμένη ευρωστία του οργανισμού.
Η κατανόηση του πώς, πότε και γιατί δημιουργούνται συγκεκριμένα πρότυπα μεθυλίωσης του DNA σε κάθε τύπο κυττάρου είναι ζωτικής σημασίας για την εξήγηση της βιολογικής ανάπτυξης και της θεραπείας ασθενειών που σχετίζονται με επιγενετική δυσλειτουργία.
«Έχουμε μάθει πολλά για το πώς μπορεί να διατηρηθεί μια επιγενετική ετικέτα αφού έχει καθοριστεί», εξηγεί η Law. «Ωστόσο, η κυτταρική ποικιλία δεν προέρχεται από διαρκή πρότυπα, αλλά από νέα πρότυπα, και υπάρχει πολύς δρόμος που πρέπει να διανύσουμε για να κατανοήσουμε τι δημιουργεί ένα νέο επιγενετικό πρότυπο. Αυτή η εργασία γεφυρώνει το κενό μεταξύ της γνώσης της επιγενετικής ποικιλίας και της κατανόησης του πώς αυτή δημιουργείται».
Γιατί μελέτη επιγενετικής στα φυτά;
Το Arabidopsis thaliana, ένα μικρό ανθοφόρο ζιζάνιο, έχει αποτελέσει το βασικό εργαστηριακό φυτό για δεκαετίες. Αντέχει καλύτερα σε πειραματικές διαταραχές στις επιγενετικές τροποποιήσεις σε σύγκριση με τα ανθρώπινα ή άλλα ζωικά κύτταρα, καθιστώντας το εξαιρετική πηγή για τη διερεύνηση θεμελιωδών ερωτημάτων σχετικά με την επιγενετική.
