გენებს შეუძლიათ უპასუხონ დაშიფრულ ინფორმაციას სინათლის სიგნალებში

გენებს შეუძლიათ უპასუხონ დაშიფრულ ინფორმაციას სინათლის სიგნალებში
გენებს შეუძლიათ უპასუხონ დაშიფრულ ინფორმაციას სინათლის სიგნალებში
Anonim

ჩრდილოეთ კაროლინას სახელმწიფო უნივერსიტეტის ახალი კვლევა აჩვენებს, რომ გენებს შეუძლიათ დაადგინონ და უპასუხონ დაშიფრულ ინფორმაციას სინათლის სიგნალებში, ასევე მთლიანად გაფილტრონ ზოგიერთი სიგნალი. კვლევები აჩვენებს, თუ როგორ შეიძლება ერთმა მექანიზმმა გამოიწვიოს ერთი და იმავე გენის განსხვავებული ქცევები და შეუძლია განაცხადების პოვნა ბიოტექნოლოგიის სექტორში.

”ფუნდამენტური იდეა არის ის შესაძლებელია ინფორმაციის დაშიფვრა იმ სიგნალის დინამიკაში, რომელსაც გენი იღებს ამბობს ალბერტ კიუნგი, ნაშრომის თანაავტორი და ქიმიური და ბიომოლეკულური ინჟინერიის ასისტენტ პროფესორი NC შტატში.

ამ კვლევისთვის მეცნიერებმა შეცვალეს საფუარის უჯრედი, რათა შეიცავდეს გენი, რომელიც აწარმოებს ფლუორესცენტულ ცილებს, როდესაც უჯრედი ცისფერ შუქზე ექვემდებარება.

ეს ასე მუშაობს. გენის რეგიონი, რომელსაც პრომოუტერი ეწოდება, პასუხისმგებელია გენის აქტივობის კონტროლზე. საფუარის მოდიფიცირებულ უჯრედებში კონკრეტული ცილა აკავშირებს გენის პრომოტორულ რეგიონს. როდესაც მკვლევარები ანათებენ ამ ცილას ლურჯი შუქით, ის მგრძნობიარე ხდება მეორე ცილის მიმართ. როდესაც მეორე ცილა უკავშირდება პირველს, გენი აქტიურდება. და ეს ადვილი შესამჩნევია, რადგან გააქტიურებული გენი წარმოქმნის ცილებს, რომლებიც ანათებენ სიბნელეში.

შემდეგ მკვლევარებმა საფუარის უჯრედები 119 სხვადასხვა სინათლის ნიმუშს დაუქვემდებარა … სინათლის თითოეული ნიმუში განსხვავდებოდა სინათლის ინტენსივობით, თითოეული სინათლის პულსის ხანგრძლივობით და პულსის სიხშირით. შემდეგ მკვლევარებმა დაადგინეს რაოდენობის ფლუორესცენტური ცილა, რომელსაც უჯრედები წარმოქმნიან თითოეული სინათლის ნიმუშის საპასუხოდ.

მიღებული მონაცემები ამაზე მიუთითებს გენები ჩართულია ან გამორთულია მაგრამ ის ნაკლებად ჰგავს სინათლის გადამრთველს და უფრო მეტად გადასატან გადამრთველს - გენის გააქტიურება შესაძლებელია ცოტა, ბევრი, ან სადღაც შუაში. თუ მოცემულ სინათლის ნიმუშს მოჰყვა დიდი რაოდენობით ფლუორესცენტური ცილის წარმოება, ეს ნიშნავს, რომ ამ სინათლის ნიმუშმა გენი ძალიან აქტიური გახადა. თუ სინათლის ნიმუში წარმოქმნიდა მცირე რაოდენობის ფლუორესცენტურ პროტეინს, ეს იმას ნიშნავდა, რომ ეს ნიმუში მხოლოდ სუსტი გენის აქტივობას იწვევდა.

"ჩვენ აღმოვაჩინეთ, რომ სინათლის სხვადასხვა შაბლონებს შეუძლიათ წარმოქმნან განსხვავებული შედეგი გენური აქტივობის თვალსაზრისით", - ამბობს ჯესიკა ლი, ნაშრომის პირველი ავტორი და ცოტა ხნის წინ NC State PhD კურსდამთავრებული. "ჩვენთვის დიდი სიურპრიზი იყო ის, რომ გამომუშავება პირდაპირ კავშირში არ იყო შეყვანისას. ჩვენ ველოდით, რომ რაც უფრო ძლიერი იქნებოდა სიგნალი, მით უფრო აქტიური იქნებოდა გენი. მაგრამ ეს სულაც არ იყო ასე. ერთ სინათლის შაბლონს შეუძლია გენი მნიშვნელოვნად შექმნას სხვაზე უფრო აქტიური. მაშინაც კი, თუ ორივე ნიმუში გენს ერთსა და იმავე სინათლეს ავლენს."

მკვლევარებმა დაადგინეს, რომ სინათლის სამივე ცვლადს - სინათლის ინტენსივობას, სინათლის პულსის სიხშირეს და თითოეული პულსის ხანგრძლივობას - შეუძლია გავლენა მოახდინოს გენის მოქმედებაზე, მაგრამ მათ აღმოაჩინეს, რომ სინათლის იმპულსების სიხშირის კონტროლი მათ აძლევს ყველაზე ზუსტ კონტროლს გენის აქტივობაზე.

”ჩვენ ასევე გამოვიყენეთ ჩვენი ექსპერიმენტული მონაცემები გამოთვლითი მოდელის შესაქმნელად, რომელიც დაგვეხმარა უკეთ გვესმოდეს, თუ რატომ იწვევს სხვადასხვა სქემები გენის აქტივობის სხვადასხვა დონეს,”-ამბობს ლეანდრა კეივუდი, ნაშრომის თანაავტორი და NC State- ის კურსდამთავრებული სტუდენტი.

”მაგალითად, ჩვენ აღმოვაჩინეთ, რომ როდესაც სინათლის სწრაფი პულსი ერთმანეთთან ძალიან ახლოს არის, ჩვენ ვიღებთ უფრო მაღალ გენის აქტივობას, ვიდრე მოსალოდნელი იყო მოწოდებული სინათლის ოდენობით”, - ამბობს კეივუდი. "მოდელის გამოყენებით, ჩვენ შევძელით იმის დადგენა, რომ ეს იმიტომ ხდება, რომ ცილები ვერ იშლება და იკრიბებიან ისე სწრაფად, რომ მოახდინონ რეაგირება თითოეულ იმპულსზე. ფაქტობრივად, ცილებს არ აქვთ დრო ერთმანეთისგან სრულად გამოყოფის იმპულსებს შორის, ამიტომ ისინი უფრო მეტ დროს ატარებენ კავშირი - ეს ნიშნავს, რომ გენი უფრო მეტ დროს ატარებს გააქტიურებულ მდგომარეობაში. ამგვარი დინამიკის გაგება ძალიან სასარგებლოა გვეხმარება გვესმოდეს, თუ როგორ გავაკონტროლოთ გენის აქტივობა ამ სიგნალების საშუალებით."

”ჩვენი აღმოჩენა აქტუალურია სინათლისადმი მგრძნობიარე უჯრედებისთვის, როგორიცაა ფოთლებში ნაპოვნი”,-ამბობს კიუნგი.”მაგრამ ის ასევე გვეუბნება ამას გენები რეაგირებენ სიგნალებზე, რომელთა გადაცემა შესაძლებელია არა მხოლოდ სინათლით, არამედ სხვა მექანიზმებით.

კომენტარი: თუ დნმ არის რაიმე სახის ანტენა, შესაძლოა უჯრედების უმეტესი ნაწილი შეიქმნას გარკვეულ სიგნალებზე რეაგირებისთვის

ამას გავითვალისწინებ ამ ცილის არსებობისა და არყოფნის მართვა არის მორზეს კოდის გზავნილის გადაცემა უჯრედიდან გენზე. მრავალი სხვა ცვლადიდან გამომდინარე - როგორიცაა სხვა ქიმიური ნივთიერებების არსებობა - უჯრედს შეუძლია დაარეგულიროს გზავნილის გზავნილი მისი აქტივობის მოდულირების მიზნით.

"ეს გვეუბნება ამას ერთი და იგივე ცილა შეიძლება გამოყენებულ იქნას იმავე გენის სხვადასხვა შეტყობინებების გადასაცემად კიუნგი ამბობს: "ასე რომ, უჯრედს შეუძლია გამოიყენოს ერთი ცილა, რათა გენი განსხვავებულად რეაგირებდეს სხვადასხვა ქიმიკატებზე."

ექსპერიმენტების ცალკეულ სერიაში მკვლევარებმა აღმოაჩინეს, რომ გენებს ასევე შეუძლიათ გარკვეული სიგნალების გაფილტვრა. ამ ფენომენის მექანიკა არის მარტივი და იდუმალი … მკვლევარებმა შეძლეს დაედგინათ, რომ როდესაც მეორე ცილა უკავშირდება გენის პრომოტორულ რეგიონს, სინათლის იმპულსების გარკვეული სიხშირე არ იწვევს ფლუორესცენტური ცილების გამომუშავებას. მოკლედ, მკვლევარებმა იციან, რომ მეორე ცილა უზრუნველყოფს, რომ გენი პასუხობს მხოლოდ სიგნალების კონკრეტულ ნაკრებებს - მაგრამ მკვლევარებმა ზუსტად არ იციან, როგორ აკეთებს ამას მეორე ცილა.

მკვლევარებმა ასევე აღმოაჩინეს, რომ ისინი შეუძლია გააკონტროლოს სხვადასხვა სიგნალის რაოდენობა, რომელზეც გენს შეუძლია რეაგირება გენის პრომოტორის რეგიონზე მიმაგრებული ცილების რაოდენობისა და ტიპის მანიპულირებით.

მაგალითად, პროტეინები შეიძლება დაერთოს პრომოუტერის რეგიონს, რომლებიც ემსახურებიან როგორც ფილტრებს, რომლებიც ზღუდავენ სიგნალების რაოდენობას, რომლებიც ააქტიურებენ გენს. ან, პროტეინები შეიძლება დაერთოს პრომოუტერის რეგიონს, რაც იწვევს გენის გააქტიურების სხვადასხვა ხარისხს.

”ამ სამუშაოს დამატებითი წვლილი არის იმაში, რომ ჩვენ დავადგინეთ ჩვენ შეგვიძლია გადავიტანოთ დაახლოებით 1,71 ბიტი ინფორმაცია გენის პრომოტორის რეგიონის მეშვეობით მხოლოდ ერთი ცილით", ამბობს ლი. პრაქტიკული თვალსაზრისით, ეს ნიშნავს იმას გენი, ცილოვანი დანართების რთული ქსელის გარეშე, შეუძლია ზუსტად განასხვავოს 3 -ზე მეტი სიგნალი". წინა სამუშაოებში, ეს საბაზისო მაჩვენებელი იყო 1.55 ბიტი, ამიტომ ეს კვლევა აფართოებს ჩვენს წარმოდგენას იმის შესახებ, თუ რა არის აქ შესაძლებელი. ეს არის საფუძველი, რომლის საფუძველზეც შეგვიძლია ავაშენოთ."

მკვლევარები ამბობენ, რომ ეს ნაშრომი იძლევა მომავალ კვლევას, რაც ხელს შეუწყობს უჯრედების ქცევის დინამიკას და გენის გამოხატვას.

მოკლევადიან პერსპექტივაში, მკვლევართა აზრით, ნაშრომმა შეიძლება პრაქტიკული გამოყენება იპოვოს ფარმაცევტულ და ბიოტექნოლოგიური სექტორები.

"ბიოწარმოებისას, თქვენ ხშირად უნდა აკონტროლოთ უჯრედების ზრდა და სიჩქარე, რომლითაც ეს უჯრედები ქმნიან გარკვეულ ცილებს", - ამბობს ლი."ჩვენი მუშაობა შეიძლება დაეხმაროს მწარმოებლებს დაარეგულირონ და გააკონტროლონ ორივე ცვლადი."

ეს ნაშრომი მხარი დაუჭირა ეროვნულმა სამეცნიერო ფონდმა გრანტით 1830910 "ახალი საზღვრები კვლევასა და ინოვაციაში" და ჯანმრთელობის ეროვნულმა ინსტიტუტმა გრანტის ფარგლებში 5T32GM133366.

გირჩევთ: