Imazhi1: Shkencëtarët sapo kapën procesin mahnitës që formon kromozomet – Duke përdorur një metodë të re imazhi, shkencëtarët e EMBL vëzhguan palosjen e ADN-së në kohë reale, duke zbuluar se si sythet grumbullohen për të krijuar kromozome në formë shufra gjatë ndarjes së qelizave.
Nga SciTechDaily: Scientists Just Captured the Stunning Process That Shapes Chromosomes1
Nga Laboratori Evropian i Biologjisë Molekulare, Mars 24, 2025
Shkencëtarët në EMBL kanë kapur se si kromozomet njerëzore palosen në formën e shufrës së tyre të veçantë gjatë ndarjes së qelizave, duke përdorur një metodë novatore të quajtur LoopTrace.
Duke vëzhguar sythe të mbivendosura të ADN-së që formohen në rezolucion të lartë, ata zbuluan se sythe të mëdha formohen së pari, të ndjekura nga sythe më të vogla, të gjitha duke zmbrapsur njëra-tjetrën në struktura kompakte. Kjo njohuri e re jo vetëm që riformon të kuptuarit tonë të mekanikës së kromozomit, por gjithashtu mund të ndihmojë në shpjegimin e gabimeve që çojnë në kancer dhe çrregullime gjenetike.
Misteri i Ndarjes së Kromozomit
Një nga aftësitë më të jashtëzakonshme të qelizave të gjalla është aftësia e tyre për t’u ndarë, duke lejuar organizmat të rriten, shërohen dhe rinovohen. Për ta bërë këtë, një qelizë së pari duhet të bëjë një kopje të saktë të ADN-së së saj, gjenomit të saj dhe të sigurojë që çdo qelizë bijë të marrë një grup të plotë.
Tek njerëzit, kjo do të thotë paketimi i kujdesshëm i 46 kromozomeve dhe shpërndarja e tyre në mënyrë të barabartë. Para ndarjes, çdo kromozom shndërrohet në një strukturë kompakte, në formë X të bërë nga dy kopje identike, të ngjashme me shufra. Por saktësisht se si qelizat arrijnë të riformojnë dhe organizojnë ADN-në e tyre për këtë proces ka mbetur një mister. Tani, për herë të parë, shkencëtarët në EMBL e kanë vizualizuar drejtpërdrejt këtë proces në rezolucion të lartë duke përdorur një teknikë të re të gjurmimit të kromatinës. Studimi i tyre zbulon se gjatë ndarjes së qelizave, fijet e gjata të ADN-së formojnë një seri sythesh të mbivendosura që largohen nga njëra-tjetra. Kjo zmbrapsje bën që sythet të grumbullohen, duke i dhënë përfundimisht secilit kromozom formën e tij karakteristike si shufër.
Qeliza vazhdon nëpër fazat e ndarjes së qelizave – imazh. Ndërsa qeliza vazhdon nëpër fazat e ndarjes së qelizave (nga e majta në të djathtë: ndërfaza, prometafaza, metafaza dhe anafaza), kromozomet bëhen progresivisht më kompakte përmes një kombinimi të ciklit dhe grumbullimit të ADN-së. Kredia: Daniela Velasco Lozano/EMBL
Lakimi i ADN-së për të formuar kromozomet
Shkencëtarët kanë hipotezuar prej kohësh rëndësinë e sytheve të ADN-së në ndërtimin dhe ruajtjen e strukturës kromozomale. Identifikuar për herë të parë në vitet 1990, kondensinat janë komplekse të mëdha proteinike që lidhin ADN-në gjatë ndarjes së qelizave dhe e nxjerrin atë për të krijuar sythe të madhësive të ndryshme. Studimet e mëparshme nga EMBL kanë hedhur dritë mbi mekanikën strukturore të këtij procesi dhe rolin e tyre thelbësor në paketimin e kromozomeve në forma që mund të lëvizin lehtësisht midis qelizave.
Në fakt, mutacionet në strukturën e kondensinës mund të rezultojnë në defekte të rënda të ndarjes së kromozomeve dhe të çojnë në vdekjen e qelizave, formimin e kancerit ose çrregullime të rralla të zhvillimit të quajtura ‘kondensinopati’.
Modeli dinamik i polimerit të formimit të shufrës së kromozomit mitotik. VIDEO Nga SciTechDaily
– Shkencëtarët ndërtuan një model llogaritës që i lejoi ata të simulonin procesin e ngjeshjes së kromozomeve bazuar në disa supozime themelore. Kredia: Beckwith et al., Cell.
Zgjidhja e problemit të imazhit të ADN-së
“Megjithatë, vëzhgimi se si ky proces cikli ndodh në shkallë qelizore dhe kontribuon në strukturën e kromozomit është sfidues,” tha Andreas Brunner, postdoktor në Grupin Ellenberg të EMBL Heidelberg dhe një autor kryesor i punimit të ri. “Kjo është për shkak se metodat për vizualizimin e ADN-së me rezolucion të lartë janë zakonisht kimikisht të ashpra dhe kërkojnë temperatura të larta, të cilat së bashku prishin strukturën vendase të ADN-së.”
Kai Beckwith, një ish-postdoktor në Grupin Ellenberg dhe aktualisht profesor i asociuar në Universitetin Norvegjez të Shkencës dhe Teknologjisë (NTNU), vendosi të zgjidhë këtë problem. Beckwith dhe kolegët përdorën një metodë për të hequr butësisht një fije të ADN-së në qeliza në faza të ndryshme të ndarjes qelizore, duke mbajtur strukturën e kromozomit të paprekur. Ata më pas mund të përdorin grupe të synuara të etiketave lidhëse të ADN-së për të vëzhguar organizimin në shkallë nano të këtij vargu të zbuluar të ADN-së. Kjo teknikë, e quajtur LoopTrace, i ndihmoi studiuesit të vëzhgonin drejtpërdrejt ADN-në në qelizat ndarëse ndërsa formoi progresivisht sythe dhe palosje.
“Andreas dhe unë tani ishim në gjendje të vizualizonim strukturën e kromozomeve ndërsa ata filluan të ndryshonin formë,” tha Beckwith. “Kjo ishte thelbësore për të kuptuar se si ADN-ja palosej nga komplekset e kondensinës.”
Sythet e foleuara dhe ngjeshja e ADN-së
Nga të dhënat e tyre, shkencëtarët kuptuan se gjatë ndarjes së qelizave, ADN-ja formon sythe në dy faza. Së pari, ajo formon sythe të mëdha të qëndrueshme, të cilat më pas ndahen në sythe më të vogla, jetëshkurtër, duke rritur ngjeshjen në çdo fazë. Dy lloje të komplekseve të proteinave të kondensinës mundësojnë këtë proces.
Për të kuptuar se si ky lakim përfundimisht krijon kromozome në formë shufër, studiuesit ndërtuan një model llogaritës bazuar në dy supozime të thjeshta. Së pari, siç u vërejt, ADN-ja formon sythe të mbivendosura – fillimisht të mëdha dhe më pas të vogla – në të gjithë gjatësinë e saj me ndihmën e Kondensinave. Së dyti, këto sythe zmbrapsin njëra-tjetrën për shkak të strukturës së tyre dhe kimisë së ADN-së. Kur shkencëtarët i futën këto dy supozime në modelin e tyre, ata zbuluan se kjo ishte e mjaftueshme për të krijuar një strukturë kromozomi në formë shufi.
Sythet e mbivendosura janë kyçe
“Ne kuptuam se këto sythe të drejtuara nga kondensina janë shumë më të mëdha sesa mendohej më parë dhe se ishte shumë e rëndësishme që sythet e mëdha të mbivendoseshin në një masë të konsiderueshme,” tha Beckwith. “Vetëm këto veçori na lejuan të rikapitullojmë strukturën vendase të kromozomeve mitotike në modelin tonë dhe të kuptojmë se si ato mund të ndahen gjatë ndarjes së qelizave.”
Në të ardhmen, studiuesit planifikojnë ta studiojnë këtë proces në më shumë detaje, veçanërisht për të kuptuar se si faktorë shtesë, si rregullatorët molekularë, ndikojnë në këtë proces ngjeshjeje. Në vitin 2024, Jan Ellenberg dhe ekipi i tij morën fonde prej 3.1 milionë euro (~3.4 milionë dollarë) si një Grant i Avancuar i ERC, për të studiuar parimet e palosjes së kromozomeve gjatë dhe pas ndarjes së qelizave.
Një moment historik për biologjinë e kromozomit
“Punimi ynë më i ri i botuar në revistën shkencore Cell shënon një moment historik në të kuptuarit tonë se si qeliza është në gjendje të paketojë kromozomet për ndarjen e tyre të saktë në qelizat bija,” tha Jan Ellenberg, shkencëtar i lartë në EMBL Heidelberg. “Do të jetë baza për të kuptuar mekanizmin molekular të rishkallëzimit të gjenomit për trashëgimi besnike dhe kështu për të parashikuar racionalisht se si gabimet në këtë proces që qëndrojnë në themel të sëmundjeve njerëzore mund të parandalohen në të ardhmen.”
Ndërkohë, një studim i dytë nga Ekipi Ellenberg, i udhëhequr nga Andreas Brunner dhe i botuar së fundmi në Journal of Cell Biology, tregon se mekanizmi i lakut të folesë është thelbësor për biologjinë e qelizave dhe vazhdon gjatë fazës së rritjes së qelizës me një familje tjetër të komplekseve të proteinave që formojnë ADN-në, të quajtura kohesina.
Mekanizmat e lakimit nëpër fazat qelizore
“Ne u befasuam kur zbuluam se i njëjti parim bazë i formimit sekuencial dhe hierarkik të lakut të ADN-së përdoret ose për të paketuar fort kromozomet gjatë ndarjes në entitete të lëvizshme të sigurta, ose për t’i shpaketuar ato më pas për të lexuar informacionin që ato përmbajnë,” tha Ellenberg. “Në fund, dallimet e vogla, por kyçe mekaniziste, të tilla si natyra jo-mbivendosëse e sytheve të drejtuara nga kohesina në krahasim me sythet e drejtuara nga kondensina mund të jenë të mjaftueshme për të shpjeguar ndryshimet e mëdha që shohim në formën që gjenomi merr në ndërfazë dhe mitozë nën mikroskop.”
–
Referenca: “Gjurmimi i ADN-së në shkallë nano zbulon mekanizmin e vetë-organizimit të kromozomeve mitotike” nga Kai Sandvold Beckwith, Andreas Brunner, Natalia Rosalia Morero, Ralf Jungmann dhe Jan Ellenberg, 24 mars 2025, Cell.
DOI: 10.1016/j.cell.2025.02.028
“Imazhet sasiore të ekstruderëve të lakës që rindërtojnë arkitekturën e gjenomit ndërfazor pas mitozës” nga Andreas Brunner, Natalia Rosalía Morero, Wanlu Zhang, M. Julius Hossain, Marko Lampe, Hannah Pflaumer, Aliaksandr Halavatyi, Jan-Michael Peters, Kai S. Beckwith dhe Jan Ellenberg, 9 janar 2025, Journal of Cell Biology.
DOI: 10.1083/jcb.202405169
–
Referenca
