Memajukan pengeditan gen dengan varian CRISPR / Cas9 baru - ScienceDaily
Popular

Isyarat hormonal pada tumbuhan dan hewan – ScienceDaily


Sama seperti organisme lain, tumbuhan harus merespons secara dinamis terhadap berbagai isyarat selama hidupnya. Melalui tahapan perkembangan yang berbeda, atau mengubah bentuknya sebagai respons terhadap kekeringan atau perubahan suhu yang drastis membutuhkan pengubahan gen mana yang diekspresikan menjadi protein dan kapan proses tersebut terjadi.

Dalam makalah baru di Sel Perkembangan, sebuah tim peneliti yang dipimpin oleh ahli biologi Penn Brian Gregory dan Xiang Yu mengidentifikasi mekanisme dimana tanaman dapat melakukan pengaturan ekspresi gen yang lincah ini. Mereka membongkar detail proses di mana pensinyalan hormon memicu penghapusan struktur yang disebut nicotinamide adenine dinucleotide (NAD +) dari satu ujung, yang disebut ujung 5, dari molekul messenger RNA (mRNA) tertentu, transkrip yang memunculkan protein. Saat ada, penutup ini mengarahkan sel untuk memecah transkrip mRNA terkait, memastikan bahwa protein yang sesuai tidak dibuat.

“Kami melihat perubahan pada tingkat mRNA NAD + capping terjadi di jaringan tanaman yang berbeda dan dalam tahap perkembangan yang berbeda,” kata Gregory, penulis senior pada makalah tersebut dan seorang profesor di Departemen Biologi School of Arts & Sciences. “Ini tampaknya merupakan sakelar hidup / mati yang berpotensi cepat yang dapat digunakan tanaman untuk mengatur tingkat RNA mereka.”

“Para peneliti yang bekerja pada sel mamalia telah mengidentifikasi enzim yang tampaknya melakukan tindakan analog, melepaskan tutup NAD + ini,” kata Yu, seorang peneliti postdoctoral di lab Greogry dan penulis pertama makalah tersebut. “Studi kami adalah studi pertama yang menunjukkan proses ini secara keseluruhan, organisme hidup.”

Pekerjaan ini berawal dari temuan awal yang dihasilkan oleh laboratorium Gregory hampir satu dekade lalu. Saat mengajar kelas tentang RNA, Gregory telah berbagi dengan siswanya makalah tentang versi ragi dari protein nabati DX01, enzim yang sekarang diketahui bertanggung jawab untuk menghilangkan NAD + dari mRNA.

“Saya menjadi sangat tertarik tentang apa yang dilakukannya pada eurkariota,” katanya. Saat itu, labnya menanam tanaman dengan mutasi DX01 dan menemukan bahwa pertumbuhannya terhambat, daunnya berwarna hijau pucat, perkembangannya terhambat, dan kesuburannya cacat.

“Saya pikir, ‘Ini keren, kita perlu mengatasinya,'” kenang Gregory.

Mengejar itu, mereka menemukan bahwa mutan memiliki kelimpahan RNA kecil, molekul yang sering dikaitkan dengan membungkam ekspresi molekul RNA lainnya. Tetapi pada akhirnya mereka tidak dapat mengumpulkan cerita yang masuk akal tentang bagaimana mutasi menyebabkan akumulasi RNA kecil, dan pekerjaan terhenti.

Itu terhenti, sampai beberapa tahun yang lalu, ketika ilmuwan lain yang bekerja pada regulasi RNA mamalia mulai menerbitkan karya yang menunjukkan bahwa sel mamalia juga memiliki DX01, dan bahwa ia dapat mengenali dan menghilangkan tutup NAD +.

Dengan pemahaman baru tentang peran DX01 ini, Gregory, Yu, dan rekannya memutuskan untuk mengambil kembali pekerjaan mereka. Dengan mempelajari tumbuhan, kelompok tersebut dapat membawa temuan pada mamalia selangkah lebih maju, melihat secara in vivo, bagaimana enzim tersebut bekerja dalam organisme hidup yang sedang tumbuh.

Para peneliti pertama kali mengkonfirmasi bahwa DX01 bertindak serupa pada tumbuhan seperti pada mamalia, menghilangkan NAD + dari transkrip mRNA. Tanaman yang kekurangan DX01 mengembangkan masalah yang telah dilihat Gregory bertahun-tahun sebelumnya: pertumbuhan dan perkembangan yang terhambat. Mereka juga menggunakan teknik untuk mengisolasi dan mengurutkan hanya mRNA bertutup NAD + dan menemukan bahwa transkrip mRNA dengan penutup NAD + sering terjadi untuk protein pengkodean yang terkait dengan respons stres, serta yang terlibat dalam pemrosesan NAD + itu sendiri. Analisis lebih lanjut menegaskan bahwa batas NAD + membuat mRNA lebih mungkin untuk dipecah.

Untuk menindaklanjuti petunjuk yang menunjukkan keterlibatan dalam respons stres, tim menerapkan berbagai tingkat hormon stres tanaman, asam absisat, pada tanaman dengan atau tanpa DX01 yang berfungsi. Tanaman dengan DX01 mutan tampaknya tidak terpengaruh oleh perubahan konsentrasi hormon, sedangkan tanaman dengan DX01 berfungsi, menunjukkan peran pembatasan NAD + dalam merespons hormon ini.

Dan memang, mereka menemukan bahwa tingkat NAD + capping RNA sebagai respons terhadap asam absisat berubah secara dinamis.

“Tampaknya NAD + capping bersifat spesifik jaringan dan merespons setidaknya satu isyarat fisiologis tertentu,” kata Gregory, “setidaknya pada tanaman. Itu cukup rapi karena tampaknya merupakan pengatur yang kuat dari stabilitas RNA, sehingga tanaman dapat mendestabilkan set transkrip mRNA yang berbeda, tergantung di mana proses ini bekerja dan isyarat apa yang diberikan. “

Temuan kelompok itu bahkan terkait dengan penemuan tidak biasa yang mereka buat jauh sebelumnya, dari penumpukan molekul RNA kecil. Pada tanaman mutan DX01 mereka, mereka mengamati bahwa transkrip mRNA NAD + capped diproses menjadi RNA kecil, yang juga tidak stabil. Gregory, Yu, dan rekannya percaya ini mungkin mekanisme sekunder untuk menghapus NAD + dan membebaskan diri dari transkrip yang tidak dibatasi secara kanonik, bahkan tanpa adanya DX01.

“Apa yang terjadi adalah mereka menggunakan jalur lain, membuat RNA kecil, mungkin untuk mendapatkan kembali NAD + sehingga mereka dapat menggunakannya untuk proses lain,” kata Yu.

Memang, NAD + adalah komponen penting dalam metabolisme, jadi masuk akal jika tanaman memiliki banyak strategi untuk memastikan ketersediaannya cukup bagi mereka, kata para peneliti.

Di masa mendatang, lab Gregory berharap untuk terus mengeksplorasi tanda NAD +, termasuk mencari tahu bagaimana tanda itu ditambahkan dan tidak hanya dihapus.

“Begitu kita belajar bagaimana menambah, mengenali, dan menghapusnya, itu memberi kita kekuatan untuk menggunakan proses ini sebagai alat untuk mengatur berbagai respon pada tanaman,” kata Gregory, sebuah kekuatan yang mungkin bisa digunakan dalam pertanian.

Tetapi kesehatan manusia juga bisa mendapatkan keuntungan dari wawasan ini. Para peneliti Penn mengatakan bahwa pekerjaan itu layak mendapat tindak lanjut dalam sistem mamalia. “Saya ingin tahu jenis transkrip mRNA apa pada mamalia yang merespons berbagai hormon,” kata Gregory.

Penambahan dan pelepasan tutup NAD + bahkan mungkin terlibat dalam biologi kanker, kata Gregory dan Yu. Metabolisme sel abnormal yang terlihat pada sel kanker sering kali disebabkan oleh kesalahan jenis regulasi yang dialami transkrip mRNA, dan ada “kemungkinan nyata,” kata Gregory, bahwa NAD + capping dan decapping dapat berperan.

Sementara itu, Gregory senang bisa bergerak maju dengan bidang penelitian yang terlewatinya bertahun-tahun yang lalu, yaitu membuka bidang studi baru untuk labnya.

“Ini jelas salah satu cerita yang mengingatkan saya bahwa sains bukanlah lari cepat; ini maraton,” kata Gregory.

Dipersembahkan Oleh : Lapak Judi

Baca Juga : Lagutogel/a>