Wyobraź sobie scenariusz, w którym nasze zrozumienie jednego z najbardziej podstawowych aspektów życia komórkowego – wykrywania składników odżywczych i regulacji wzrostu – zostaje wywrócone do góry nogami. Dokładnie to samo dzieje się w przypadku ostatnich odkryć na temat kompleksu docelowego rapamycyny (TOR), kluczowego kompleksu białkowego w komórkach. Kompleks ten, od dawna uważany za niezachwiany w swojej roli, okazał się zaskakujący w warunkach głodu glukozy. Implikacje? Sejsmiczna zmiana w naszym rozumieniu adaptacji komórkowej, mogąca mieć dalekosiężne skutki dla dziedzin, od rolnictwa po medycynę. To ekscytujące nowe badanie pokazuje, że inaktywacja TOR nie jest tylko zwykłym włączeniem i wyłączeniem, ale inicjuje kaskadę zmian prowadzącą do powstania heterochromatyny w rDNA. Bądź na bieżąco, gdy zagłębiamy się w świat, w którym reakcje komórkowe to nie tylko reakcje, ale skomplikowane tańce adaptacji i przetrwania.
Dokonując kluczowego odkrycia, współprowadzący badacze dr Hayato Hirai i profesor Kunihiro Ohta wraz z członkami zespołu, panią Yuki Sen i panią Miki Tamura z Uniwersytetu Tokijskiego, odsłonili zawiłe mechanizmy regulacji genów u drożdży rozszczepialnych podczas niedoboru składników odżywczych. Ich badanie, opublikowane w Cell Reports, bada złożone wzajemne oddziaływanie odpowiedzi komórkowych u Schizosaccharomyces pombe, rodzaju drożdży rozszczepialnych, w warunkach niedoboru składników odżywczych. Badania te rzuciły światło na nowe aspekty regulacji genów, koncentrując się szczególnie na tym, jak komórki modyfikują ekspresję genów rybosomalnych w odpowiedzi na stres środowiskowy. Odkrycia zespołu wskazują na unikalny proces modyfikacji histonów i tworzenia heterochromatyny, odróżniający go od znanych mechanizmów występujących u innych gatunków drożdży, takich jak Saccharomyces cerevisiae.
Dr Hayato Hirai wyjaśnia istotę ich odkrycia: „Wyczerpanie składników odżywczych inaktywuje szlak TOR, prowadząc do spadku ekspresji genów rybosomalnych”. Mechanizm ten polega na dezaktywacji TORC1 w regionie rDNA, który odgrywa kluczową rolę w kontrolowaniu ekspresji genów związanej z produkcją rybosomów. Proces ten jest ułatwiony przez dysocjację Atf1, czynnika transkrypcyjnego reagującego na stres, i akumulację FACT, białka opiekuńczego histonów, przyczyniając się do utrzymania metylacji H3K9 i późniejszego tworzenia heterochromatyny.
Profesor Kunihiro Ohta podkreśla znaczenie ich podejścia, podkreślając zawiłe powiązania w regulacji komórkowej: „Szlak TOR może potencjalnie być regulatorem szlaku Atf1, FACT i RNAi u S. pombe”. Spostrzeżenie to sugeruje złożoną sieć ścieżek regulacyjnych działających w odpowiedzi na sygnały środowiskowe.
Zespół zastosował różne innowacyjne techniki, takie jak ChIP-qPCR, ukierunkowane na metylację H3K9, marker tworzenia heterochromatyny. Dr Hirai podkreśla: „Nasze wyniki ChIP-qPCR wykazały wzrost poziomu H3K9me2 w komórkach z inaktywowanym TORC1, co wskazuje na bezpośredni wpływ inaktywacji TORC1 na tworzenie heterochromatyny”.
Ich odkrycia otwierają nowe możliwości zrozumienia, w jaki sposób komórki oszczędzają energię i regulują wzrost w warunkach ograniczonej zawartości składników odżywczych. „Ta regulacja ekspresji genów rybosomów ma kluczowe znaczenie dla żywotności komórek w okresie niedoboru składników odżywczych” – dodaje profesor Ohta.
Poza drożdżami badanie to niesie ze sobą potencjalne implikacje dla zrozumienia podobnych szlaków w organizmach wyższych, w tym ludzi. Dr Hirai sugeruje: „Mechanizmy, które odkryliśmy u drożdży rozszczepialnych, mogą mieć podobieństwa u bardziej złożonych eukariontów, oferując nowy wgląd w ludzkie reakcje komórkowe na stresy środowiskowe”.
Podsumowując, badania przeprowadzone przez dr Hirai, profesora Ohtę i ich zespół stanowią znaczący krok naprzód w zrozumieniu reakcji komórkowych na niedobór składników odżywczych. Nie tylko dodaje nowy wymiar naszej wiedzy na temat regulacji genów u drożdży rozszczepialnych, ale także toruje drogę do badania podobnych szlaków w bardziej złożonych organizmach.
ODNIESIENIE DO DZIENNIKA
Land Partium, Yuki Sen, Miki Tamura, Kraj Ohta. „Inaktywacja TOR powoduje powstawanie heterochromatyny w rDNA podczas głodu glukozy”. Raporty Ce, 2023. DOI: https://doi.org/10.1016/j.celrep.2023.113320.
