كل الطرق تؤدي إلى GUN1

29 آذار، 2007

كل الطرق تؤدي إلى GUN1

29 آذار، 2007

لا جولا ، كاليفورنيا - حدد العلماء ثلاث إشارات مختلفة تشير إلى الأضرار التي لحقت بالبلاستيدات الخضراء - مصانع التمثيل الضوئي للخلايا النباتية التي تعطي النباتات لونها الأخضر - ولكن لا يُعرف الكثير عن كيفية انتقال الإشارة إلى النواة. اتخذ العلماء في معهد سالك للدراسات البيولوجية خطوة كبيرة نحو شرح كيف تسمح البلاستيدات الخضراء لنواة الخلية بمعرفة متى تبدأ الأمور في السوء في الأطراف بحيث يمكن تعديل التعبير الجيني النووي وفقًا لذلك.

تتلاقى إشارات الاستغاثة المتعددة في مسار واحد وتوجه المعلومات إلى مفتاح رئيسي نووي ، حسبما أفاد العلماء في عدد 29 مارس من ساينس اكسبريس. استجابةً لذلك ، يتم إغلاق مئات الجينات المشاركة في عملية التمثيل الضوئي في وقت واحد لتخفيف أزمة البلاستيدات الخضراء.

تخزن النباتات الجزء الأكبر من معلوماتها الوراثية في النواة ، لكن البلاستيدات الخضراء والميتوكوندريا ، التي تعمل كمحطات طاقة خلوية ، تشترك في بعض المسؤولية. ومع ذلك ، تحتوي البلاستيدات الخضراء والميتوكوندريا على آلاف البروتينات المستوردة ، والتي تحتاج إلى العمل جنبًا إلى جنب مع القليل من البروتينات المشفرة في النواة والبروتينات الأخرى المصنوعة محليًا.

"مثل هذا الترتيب يتطلب اتصالاً منسقًا بإحكام بين العضيات والنواة ، ولكن لا يُعرف الكثير عن مسارات الإشارات بين البلاستيدات الخضراء والنواة ، كما يقول المؤلف الرئيسي للدراسة ، جوان خوري ، دكتوراه.، أستاذ ومدير مختبر بيولوجيا النبات ومحقق في معهد هوارد هيوز الطبي.

قد يوفر أساس الدراسة نظرة ثاقبة لمجالات أخرى من البحث البيولوجي. على سبيل المثال ، تتضح أهمية التدفق غير المقيد للمعلومات من وإلى العضيات الخلوية في بعض أنواع السرطان ، حيث يساهم انهيار الاتصال بين الميتوكوندريا والنواة في تطور الأورام.

يمتص الكلوروفيل الأخضر الموجود في البلاستيدات الخضراء طاقة الضوء ، والتي لا تؤدي فقط إلى إطلاق الأكسجين ، ولكنها تستخدم في النهاية لتحويل ثاني أكسيد الكربون منخفض الطاقة من الهواء إلى مركبات عالية الطاقة مثل الجلوكوز والنشا. نظرًا لأن البلاستيدات الخضراء هي شريان الحياة الأساسي للنبات ، فمن الأهمية بمكان أن يتم إطلاع الخلية على حالتها الوظيفية.

في عمل سابق ، اكتشف مختبر Chory أن إحدى الوظائف المهمة للإشارة إلى الوراء - أي من البلاستيدات الخضراء إلى النواة - هي تنسيق التخليق الحيوي لبروتينات التمثيل الضوئي المصنعة في البلاستيدات الخضراء مع تلك الوحدات الفرعية المشفرة في النواة. ثم يتم تجميع هذه البروتينات في مجمعات وظيفية في البلاستيدات الخضراء. في التجارب التي أجريت في نبات الخردل نبات الأرابيدوبسيس thaliana، "جرذ المختبر" لعلماء الأحياء النباتية ، وجدوا أنه عندما تتراكم جزيئات سلائف الكلوروفيل في البلاستيدات الخضراء ، يتم إيقاف مئات الجينات النووية لإغلاق خط الإمداد المختنق. مبيدات الأعشاب التي تثبط تخليق البروتين في البلاستيدات الخضراء لها نفس التأثير.

في ظل ظروف الضوء الشديد على سبيل المثال ، عندما تبدأ أنواع الأكسجين التفاعلية في التكاثر ، تقلل الخلايا النباتية بشكل فعال من حجم مجمع حصاد الضوء لتخفيف الإجهاد التأكسدي. يشرح خوري قائلاً: "لحماية البلاستيدات الخضراء من التلف الناتج عن جزيئات الأكسجين التفاعلية ، وهي نتيجة ثانوية لعملية التمثيل الضوئي في حالة زيادة السرعة ، تطلب البلاستيدات الخضراء من النواة تبريدها لفترة من الوقت".

بينما كان من الواضح أنه يجب إرسال كل هذه الإشارات المختلفة إلى النواة للحصول على رد فعل وقائي ، لم يكن من الواضح كيف تنتقل هذه المعلومات. لبدء ملء الفجوات ، بحث المؤلف الأول المشارك أجيت نوت ، وهو باحث سابق في مرحلة ما بعد الدكتوراه في مختبر Chory وهو الآن باحث في Pioneer في حيدر أباد ، الهند ، في ل arabidopsis الجينوم للجينات التي سمحت للنباتات بالتفاعل مع أضرار البلاستيدات الخضراء.

ظهر بحثه GUN1 ، باختصار gالتعداد unإلى جانب 1 ، وهو بروتين نووي مشفر يمكنه تتبع مجالات محددة داخل البلاستيدات الخضراء. بغض النظر عن نوع الإجهاد الذي تعمل به البلاستيدات الخضراء ، أدت جميع الإشارات إلى GUN1 قبل أن تنتقل إلى النواة.

يقول نوت: "إن تحديد هوية GUN1 هو تقدم مهم طال انتظاره نحو فهم آليات الإشارة إلى الوراء" ، ويضيف أن "تقارب إشارات رجعية متعددة وطبيعة بروتين GUN1 دفعنا إلى مراجعة فرضيتنا حول التراجع الفعلي الإشارة التي تخرج من البلاستيدات ".

قام المؤلف المشارك الأول شاي كوسيفيتسكي ، وهو الآن باحث مشارك في جامعة نيفادا في رينو ، بالنظر في نهاية مسار الإشارات: الجينات النووية المستهدفة بالإشارات المرتدة. حدد عزرًا قصيرًا في المنطقة التنظيمية لمعظم الجينات المستهدفة بالإشارات المرتدة وحدد ABI4 كعامل ربط مطابق.

تلعب الجينات المستحثة بالضوء بشكل عام دورًا مركزيًا أثناء عملية التمثيل الضوئي ، وفي كثير من الأحيان يتم استيرادها إلى البلاستيدات الخضراء. يقول كوسيفيتسكي: "نقترح أن يرتبط ABI4 بعنصر التسلسل الذي تم تحديده حديثًا ، وبذلك يمنع العوامل التنظيمية التي يسببها الضوء من تنشيط التعبير الجيني". "قد يكون ABI4 هو" المفتاح الرئيسي "الذي تم اقتراحه مسبقًا والذي ينسق استجابة النباتات للإجهاد البيئي."

تم تمويل العمل من قبل معهد هوارد هيوز الطبي ومنحة من وزارة الطاقة. تلقى شاي كوسيفيتسكي الدعم من EMBO ومعهد هوارد هيوز الطبي ، بينما تلقى أجيت نوت الدعم من صندوق دامون رونيون للسرطان.

معهد سالك للدراسات البيولوجية في لا جولا ، كاليفورنيا ، هو منظمة مستقلة غير ربحية مكرسة للاكتشافات الأساسية في علوم الحياة ، وتحسين صحة الإنسان وتدريب الأجيال القادمة من الباحثين. افتتح جوناس سالك ، دكتوراه في الطب ، الذي قضى لقاح شلل الأطفال على مرض شلل الأطفال المسبب للشلل في عام 1955 ، المعهد في عام 1965 بهدية أرض من مدينة سان دييغو وبدعم مالي من مسيرة الدايمز.