Hur själviska gener lyckas | Eurek alert!

KANSAS CITY, MO—Dec. 7 februari 2022 – Nya rön från Stowers Institute for Medical Research avslöjar kritiska insikter om hur en farlig självisk gen som anses vara en parasitisk del av DNA fungerar och överlever. Att förstå denna dynamik är en värdefull resurs för det bredare samhället som studerar meiotiska drivsystem.

En ny studieInlagd i PLoS genetik den 7 december 2022, avslöjar hur en självisk gen i jäst använder en gift-motgift-strategi som möjliggör dess funktion och sannolikt underlättade dess långsiktiga evolutionära framgång. Denna strategi är ett viktigt tillägg för forskare som studerar liknande system, inklusive team som designar syntetiska träningssystem för patogen skadedjursbekämpning. Kollektiva och samarbetande framsteg för att förstå motivation skulle en dag kunna leda till utrotning av skadedjurspopulationer som skadar grödor eller till och med människor i fallet med vektorburna sjukdomar.

“Det är tillräckligt farligt för ett genom att koda för ett protein som har förmågan att döda organismen”, säger Stowers associerade forskare SaraH Zanders, Ph.D. “Men att förstå biologin hos dessa själviska element kan hjälpa till att bygga syntetiska motorer för att modifiera naturliga befolkningar.”

Drivkrafter är själviska gener som kan spridas genom en population i högre hastighet än de flesta andra gener, utan att gynna organismen. Tidigare forskning från Zanders Lab visade att en drivgen i jäst, wtf4, producerar ett giftigt protein som kan förstöra alla avkommor. Men för en given modercells kromosompar nås läsaren när wtf4 bara finns på en kromosom. Effekten är en samtidig räddning av den enda avkomman som ärver träningsallelen, genom att tillföra en dos av ett mycket liknande protein som neutraliserar giftet, motgiften.

Med utgångspunkt i detta arbete fann studien, ledd av före detta predoctoral forskaren Nicole Nuckolls, Ph.D., och nuvarande predoctoral forskaren Ananya Nidamangala Srinivasa vid Zanders Lab, att skillnader i generations timing gift och antidotproteiner från wtf4 och deras unika distributionsmönster inom att utveckla sporer är grundläggande för framdrivningsprocessen.

Teamet utvecklade en modell som de fortsätter att studera för att fastställa hur giftet fungerar för att döda sporen, jästmotsvarigheten till ett mänskligt ägg eller spermier. Deras resultat tyder på att giftiga proteiner klumpar ihop sig, vilket potentiellt stör den korrekta veckningen av andra proteiner som är nödvändiga för cellfunktionen. Eftersom wtf4-genen kodar för både gift och motgift har motgiften en mycket liknande form och klungar ihop sig med giftet. Men motgiften har en extra del som verkar isolera gift-motgift-klustren genom att föra dem till cellens papperskorg, vakuolen.

För att förstå hur själviska gener fungerar under reproduktion, tittade forskare på början av sporbildning och fann ett giftigt protein uttryckt i alla utvecklande sporer och säcken runt dem, medan motgiftsproteinet inte gjorde det, observerades endast i låg koncentration genom hela påsen. Senare i utvecklingen anrikades motgiften inuti sporerna som ärvde wtf4 från moderjästcellen.

Forskarna fann att sporer som ärvde drivargenen skapade ytterligare ett antidotprotein inuti sporen för att neutralisera giftet och säkerställa deras överlevnad.

Teamet upptäckte också att en speciell molekylär switch som styr många andra gener som är involverade i sporbildning också kontrollerar uttrycket av giftet, men inte motgiften, wtf4-genen. Omkopplaren är avgörande för jästreproduktion och är oupplösligt kopplad till wtf4, vilket hjälper till att förklara varför denna själviska gen är så framgångsrik i att undvika alla försök från värden att stänga av strömbrytaren.

“En av anledningarna till att vi tror att de här sakerna hållit kvar så länge – de använde den här lömska strategin att utnyttja samma kritiska brytare som aktiverar jästreproduktion,” sa Nidamangala Srinivasa.

“Om vi ​​kunde manipulera dessa DNA-parasiter för att uttrycka dem i myggor och få dem att döda, kan det vara ett sätt att kontrollera skadedjursarter,” sa Nuckolls.

Andra författare inkluderar Anthony Mok, María Angélica Bravo Núñez, Ph.D., Jeffery Lange, Ph.D., Todd J. Gallagher och Chris W. Seidel, Ph.D.

Detta arbete finansierades av Searle Award, National Institutes of General Medical Sciences (pris: R00GM114436, DP2GM132936), National Cancer Institute (pris: F99CA234523), Eunice Kennedy Shriver National Institute of Child Health and Human Development (pris: F31HD097974) från National Institutes of Health (NIH), och institutionellt stöd från Stowers Institute for Medical Research. Innehållet är författarnas eget ansvar och representerar inte nödvändigtvis NIH:s officiella åsikter.

Om Stowers Institute for Medical Research

Stowers Institute for Medical Research grundades 1994 genom generositeten av Jim Stowers, grundare av American Century Investments, och hans fru Virginia, och är en ideell biomedicinsk forskningsorganisation inriktad på grundforskning. Dess uppdrag är att utöka vår förståelse av livets hemligheter och förbättra livskvaliteten genom innovativa metoder för orsaker, behandling och förebyggande av sjukdomar.

Institutet består av 17 oberoende forskningsprogram. Av de cirka 500 medlemmarna är mer än 370 vetenskaplig personal som inkluderar huvudutredare, teknikcenterchefer, postdoktorala forskare, doktorander och teknisk supportpersonal. Läs mer om institutet påstowers.orgoch på sin forskarutbildning kl www.stowers.org/gradschool.

Mediakontakt:

Joe Chiodo, chef för mediarelationer

724.462.8529

press@stowers.org