Biologen der Monash University haben in einer internationalen Studie Licht auf die komplizierten molekularen Mechanismen geworfen, die für die durch erweiterte Wiederholungen induzierte Gen-Stilllegung verantwortlich sind veröffentlicht heute in Naturpflanzen.
Dieses Phänomen wurde mit einer Reihe von Erbkrankheiten in Verbindung gebracht, darunter Friedreich-Ataxie beim Menschen, und verursacht Wachstumsstörungen bei Pflanzen wie Arabidopsis thaliana.
Ziel der Forschung war es, den Mechanismus zu verstehen, durch den vergrößerte Wiederholungen die epigenetische Stummschaltung bewirken, ein wesentliches Verfahren zur Kontrolle der Genexpression.
Die Entdeckung neuartiger Komponenten, die für diesen Stummschaltungsprozess notwendig sind, gelang den Forschern anhand eines Pflanzenmodells, das bei höheren Temperaturen Symptome von Wachstumsstörungen aufweist, bei niedrigeren Temperaturen jedoch nicht.
Der Studie zufolge wurden die SUMO-Protease FUG1, der Histon-Reader AL3 und das Chromodomänenprotein LHP1 als die drei wichtigsten Akteure identifiziert.
„Diese Proteine bilden zusammen ein wesentliches Modul, das für die durch wiederholte Expansion induzierte epigenetische Stummschaltung erforderlich ist“, sagte der leitende Studienautor Dr. Sridevi Sureshkumar, der die Genetik der Kernforschungsgruppe an der Monash University School of Biological Sciences leitet.
„Unsere Forschung zeigt die entscheidende Rolle, die diese Proteine bei der Orchestrierung der Gen-Stilllegung spielen, die durch erweiterte Wiederholungen ausgelöst wird“, sagte Dr. Sureshkumar.
„Das Bewusstsein für diese Systeme trägt nicht nur zur Weiterentwicklung unseres Verständnisses der Pflanzenbiologie bei, sondern bietet auch Einblicke in Krankheiten, die den Menschen betreffen“, sagte sie.
Im Verlauf der Forschung wurden moderne genetische Screening-Methoden und Hefe-Zwei-Hybrid-Tests eingesetzt, um festzustellen, dass FUG1, eine nicht charakterisierte SUMO-Protease, eine wichtige Rolle bei der epigenetischen Stummschaltung spielt. Nach weiterer Analyse wurde gezeigt, dass FUG1 mit AL3 interagiert, einem Histon-Reader, der bekanntermaßen an bestimmte Histonmarkierungen bindet, die mit einer effektiven Genexpression zusammenhängen.
Darüber hinaus fanden die Forscher heraus, dass das AL3-Protein mit LHP1 interagiert, einem Chromodomänenprotein, das bei der Verbreitung restriktiver Histonmarkierungen eine Rolle spielt. Die Umkehrung der Gen-Stummschaltung und die Unterdrückung der mit der wiederholten Expansion verbundenen Symptome wurden beide durch den Funktionsverlust einer dieser Komponenten während des Experiments verursacht.
„Diese Ergebnisse unterstreichen die Bedeutung posttranslationaler Modifikatoren und Histon-Reader für die epigenetische Regulation“, sagte Dr. Sureshkumar.
„Unsere Studie ebnet den Weg für weitere Forschungen zur Rolle dieser Proteine bei verschiedenen biologischen Prozessen und menschlichen Krankheiten“, sagte sie.
„Die Ergebnisse stellen nicht nur potenzielle Konsequenzen für die menschliche Gesundheit dar, sondern tragen auch zu unserem bereits fortgeschrittenen Verständnis der Pflanzenbiologie bei.“
Dr. Sureshkumar, der diese internationale Studie leitete, an der Institutionen im Vereinigten Königreich, China, Kanada, Indien und Australien beteiligt waren, sagte, dass die multinationale Zusammenarbeit ihnen geholfen habe, in verschiedenen Aspekten dieser Forschung Fortschritte zu erzielen.
Dr. Sureshkumar sagte, diese Forschung könnte möglicherweise ein Weg für die Entwicklung neuartiger Therapietechniken sein, die auf epigenetische Dysregulation bei Menschen mit Erbkrankheiten abzielen.
Mehr Informationen:
Sridevi Sureshkumar et al., SUMO-Protease FUG1, Histon-Reader AL3 und Chromodomänenprotein LHP1 sind wesentlich für die wiederholte Expansions-induzierte Gen-Stummschaltung in Arabidopsis thaliana. Naturpflanzen (2024). DOI: 10.1038/s41477-024-01672-5