Исследователи из Университета Вандербильта обнаружили древний вид подающих надежды дрожжей, которые утратили десятки генов, защищающих от мутации ДНК, не испытав при этом каких-либо побочных эффектов. Команда говорит, что вид процветал, несмотря на накопление тысяч мутаций. Исследование может представлять собой новую систему для понимания того, как клетки развиваются в отсутствие защитных генов.

<img alt=" Исследователи обнаружили древние виды подающих надежды дрожжей, которые утратили десятки генов, защищающих от мутации ДНК, без каких-либо явных побочных эффектов. "Src =" http://www.news-medical.net /image.axd?picture=2019%2f5%2fBy_Knorre.jpg "style =" width: 100%; "title =" Исследователи обнаружили древние виды подающих надежды дрожжей, которые потеряли десятки генов, защищающих от мутации ДНК, без очевидных неблагоприятные эффекты. "/> Knorre | Shutterstock

Почему важна репарация ДНК?

Геном может быть изменен, когда ферменты ДНК-полимеразы случайно вводят мутации во время репликации ДНК или после воздействия факторов окружающей среды, таких как радиация и мутагенные химические вещества.

Если слишком много изменений ДНК остаются не исправленными, клетки могут накапливать так много мутаций, что они больше не функционируют должным образом. Кроме того, если в половых клетках накапливается слишком много мутаций, потомство может стать нежизнеспособным и неспособным правильно сформироваться. Поэтому ремонт мутаций ДНК необходим во всех клетках, необходимых для функционирования организмов.

Связь между повреждением / репарацией ДНК и развитием рака (канцерогенезом) стала ясной, когда ученые обнаружили, что вызывающие рак агенты или канцерогены изменяют последовательность ДНК и, следовательно, являются мутагенными.

Все канцерогенные эффекты, наблюдаемые в опухолях, вызваны повреждением, которое они наносят ДНК, и ошибками копирования, которые появляются, когда ферменты репарации ДНК пытаются исправить изменения.

Клетки оснащены высокоэффективными механизмами, которые позволяют им исправлять ошибки копирования ДНК. Большинство организмов вооружены множеством генов, которые предназначены для восстановления мутаций ДНК, что помогает контролировать деление клеток, замедлять мутации и защищать от рака.

«Дрожжи с наименьшим количеством»

Широко распространено мнение, что такие высоко консервативные механизмы необходимы для жизни. Тем не менее, команда под руководством Джейкоба Стинвика (Университет Вандербильта) обнаружила, что дрожжи из рода Hanseniaspora утратили многие защитные гены, которые обычно помогают другим организмам оставаться свободными от рака.

Интересно, что дрожжи, которые часто встречаются в винограде и виноградном сусле, потеряли большое количество генов, связанных с клеточным циклом и восстановлением ДНК, без каких-либо вредных последствий.

Как недавно сообщалось в журнале PLOS Biology Стинвик и его команда проанализировали геномы 25 25 видов Hanseniaspora подающих надежды дрожжей и обнаружили, что две линии потеряли сотни генов. Потери включали десятки генов, которые помогают регулировать клеточный цикл и выполнять восстановление ДНК, чтобы сохранить целостность генома.

Одна родословная развивалась быстрее, чем другая, и хотя оба потеряли сотни генов, тот, что развивался быстрее, потерял больше. По мнению авторов, это привело к вспышке ускоренной эволюции, которая привела к увеличению мутационных нагрузок.

По-видимому, с точки зрения генома Hanseniaspora являются дрожжами с наименьшим количеством. Они имеют очень маленькие геномы и среди наименьшего числа генов любых видов в происхождении. Эти драматические потери многих генов отражены в биологии этих дрожжей. "

Джейкоб Стинвик, ведущий научный сотрудник

Потеря генов особенно удивительна, потому что они были так широко сохранены во всех живых организмах и потому что мутация этих генов у людей значительно увеличивает скорость мутаций, которые приводят к развитию рака.

«Из-за их важности в обеспечении целостности генома, большинство процессов, связанных с поддержанием генома, считаются эволюционно древними и широко консервативными», объясняют авторы. «Удаление многих генов, связанных с поддержанием ДНК, приводит к резкому увеличению числа мутаций и общей нестабильности генома».

«Геномные рубцы», но без серьезных побочных эффектов

Комментируя скорость мутации генома, автор совместного исследования Антонис Рокас говорит, что частота мутаций беспрецедентна, а деление клеток, по-видимому, удивительно быстрое, а также несколько неустойчивое – «так сказать, количественно-качественный подход». «

Потеря генов и последующие изменения в геномах этих дрожжей означают, что они несут «геномные рубцы», как от воздействия природных мутагенов, таких как окислительный стресс, так и от внешних мутагенных агентов, таких как УФ-излучение.

Уэйн Крисмани из Института медицинских исследований Сент-Винсента, Мельбурн, Австралия, говорит, что полученные данные проливают свет на степень, в которой организм может выжить, несмотря на отсутствие защитного генетического материала.

Эти виды дрожжей утратили большой выбор некоторых из наиболее фундаментально важных типов генов, которые обычно используются для сохранения целостности ДНК организма для выживания и размножения ».

Саймон Конн из Университета Флиндерс, Австралия, говорит, что у людей потеря только одного из этих генов может быть признаком рака, при этом некоторые из наиболее часто идентифицированных мутаций в онкогенах участвуют в восстановлении ДНК и контрольной точке клеточного цикла. пути.

Эти мутации могут вызывать увеличение частоты дополнительных мутаций и быстрого роста опухоли, позволяя раку выживать в организме и становиться устойчивыми к химиотерапевтическим препаратам, добавляет он: «Сходство между профилями роста и мутаций, наблюдаемыми в этих дрожжах, хотя и более миллионы лет, и поражает рак человека ».

Конн говорит, что открытие может однажды помочь в разработке новых методов лечения репарации ДНК, и Крисмани считает, что они могут быть полезны для увеличения уровня генетического разнообразия у дрожжей, которые используются для выпечки и варки.

Тем не менее, наиболее важный вывод заключается в том, что род Hanseniaspora не испытал каких-либо побочных эффектов в результате потери защитных генов. Команда говорит, что род продолжает диверсифицироваться и процветать, несмотря на отсутствие высоко консервативных генов и что он может обеспечить новую систему для изучения клеточной жизни без них.

Мы рады продолжить изучение Hanseniaspora дрожжей. Мы можем многое узнать об основных процессах жизни у этих скромных дрожжей ».

Ссылка на журнал:

Steenwyk, J., и соавт. (2019). Обширная потеря генов клеточного цикла и репарации ДНК в древней линии биполярных почкующихся дрожжей. PLoS Biology. doi.org/10.1371/journal.pbio.3000255.