Tim profesora Christofa Niehrsa sa Instituta za molekularnu biologiju (IMB) u Majncu, Nemačka, otkrio je da modifikacija DNK koja se zove 5-formilcitozin (5fC) funkcioniše kao aktivirajući epigenetski prekidač koji pokreće gene u ranom embrionalnom razvoju.
Ovo otkriće po prvi put dokazuje da kičmenjaci imaju više od jedne vrste epigenetske DNK oznake i baca novo svetlo na to kako su geni regulisani u najranijim fazama razvoja. Njihovi nalazi su objavljeni u časopisu Cell.
Naša tela se sastoje od triliona ćelija, koje sve zajedno rade na formiranju funkcionalnog organizma. Ipak, svako od nas je počeo kao samo jedna oplođena jajna ćelija. Da bi postala celovito ljudsko biće, ova pojedinačna ćelija mora da se brzo razmnožava, formirajući sve ispravne organe na pravim mestima.
Ovaj proces razvoja zavisi od aktiviranja hiljada gena u tačno pravo vreme i na pravom mestu. Aktivacija/deaktivacija gena je kontrolisana takozvanim epigenetskim modifikacijama, odnosno hemijskim grupama vezanim za DNK i povezane proteine koji se ponašaju kao semafori da bi uključili ili isključili gene.
Decenijama su naučnici mislili da kičmenjaci imaju samo jednu vrstu epigenetske modifikacije na DNK koja se zove metilacija citozina, koja je povezana sa utišavanjem gena. Pre deset godina otkrivene su još tri hemijske modifikacije u DNK kičmenjaka, ali pošto su bile prisutne u veoma malim količinama, naučnici nisu bili sigurni da li su to funkcionalne epigenetske oznake.
Sada, Niehrs i njegov tim su po prvi put pokazali da je jedna od ovih modifikacija, 5-formilcitozin, uključena u aktiviranje gena u ranom razvoju. Ovo otkriće je značajno jer dokazuje da kičmenjaci imaju više od jedne vrste epigenetske DNK oznake i otkriva novi, ranije nepoznati mehanizam regulacije epigenetskih gena.
„Ova otkrića predstavljaju pravi proboj u epigenetici jer je 5fC samo druga dokazana epigenetska modifikacija DNK pored metilcitozina“, rekao je Niers, osnivač i naučni direktor IMB-a, koji je otvoren u kampusu Univerziteta Johanes Gutenberg u Majncu (JGU) 2011. .
U svojoj studiji, naučnici su posmatrali 5fC u embrionima žaba. Koristeći mikroskopiju i hromatografiju, otkrili su da se 5fC dramatično povećava na samom početku razvoja tokom ključnog koraka koji se zove zigotska aktivacija kada se mnogi geni uključe.
Kao što je Eleftheria Parasiraki, prvi autor studije, objasnila: „Posmatranje 5fC u mikroskopski vidljivim sitnim tačkama, ili hromocentrima, bilo je uzbudljivo. Na osnovu njih, sumnjali smo da 5fC mora da uradi nešto važno u ranom embrionalnom razvoju.“
Da bi dokazali da je 5fC aktivirajući epigenetski znak, naučnici su genetski manipulisali enzimima u embrionu kako bi povećali ili smanjili količinu 5fC na DNK. Povećanje 5fC rezultiralo je povećanom ekspresijom gena dok je smanjenje 5fC smanjilo ekspresiju gena, što ukazuje da je zaista prisustvo 5fC na DNK ono koje aktivira gene.
Konačno, naučnici su takođe primetili 5fC hromocentre u embrionima miša tokom aktivacije zigotskih gena. Ovo sugeriše da 5fC verovatno deluje kao aktivirajući epigenetski znak i kod sisara i kod žaba.
Otkriće da je 5fC aktivirajući epigenetski regulator na DNK postavlja mnoga pitanja o tome kako tačno deluje i koja je njegova uloga izvan rane aktivacije zigotskog genoma. Konkretno, ćelije raka mogu imati veoma visoke količine od 5fC.
Biće potrebne dodatne studije o 5fC da bi se odgovorilo na ova pitanja, što bi nam na kraju moglo pomoći da bolje razumemo kako se razvijamo i kako je regulacija gena poremećena u bolesti.
