Perbedaan kecil, dampak besar

Perbedaan kecil, dampak besar


Newswise – KANSAS CITY, MO — Dalam sebuah studi baru, para peneliti di Stowers Institute for Medical Research telah mengidentifikasi beberapa variasi dalam urutan asam amino yang penting untuk mempertahankan fungsi leluhur sebuah gen selama 600 juta tahun evolusi.

Penemuan terobosan yang dirinci dalam sebuah artikel yang diterbitkan secara online 12 November 2020, di Gen dan Perkembangan, menawarkan wawasan penting tentang evolusi jaringan pengatur gen yang mendorong keanekaragaman di antara organisme, dan menunjukkan bahwa perbedaan kecil dalam urutan protein utama dapat menyebabkan perubahan evolusioner yang penting.

“Secara umum dipahami bahwa duplikasi dan divergensi gen memungkinkan gen mengambil fungsi baru, sementara gen penting dilestarikan dan tetap tidak berubah selama evolusi,” kata Stowers Investigator Robb Krumlauf, PhD. “Tapi bagaimana variasi dalam protein, bahan penyusun kehidupan, memengaruhi proses ini masih belum jelas.”

Lab Krumlauf di Stowers Institute menggunakan analisis fungsional lintas spesies dari labial Gen Hox pada lalat buah dan gen terkait pada tikus mengeksplorasi pertanyaan ini.

Studi ini menggunakan teknologi pengeditan gen modern, termasuk CRISPR / CAS9, untuk menggantikan labial Gen Hox pada lalat buah dengan tiga gen terkait pada tikus — HOXA1, B1, dan D1. Para peneliti menemukan bahwa mengganti fungsi labial dengan HOXA1 pada lalat buah mengembalikan fungsi aslinya, tetapi B1 dan D1 tidak, menunjukkan bahwa A1 mempertahankan fungsi leluhur, sementara B1 dan D1 telah menyimpang.

“Dalam 600 juta tahun waktu evolusi, hanya satu gen yang mempertahankan aktivitas leluhur,” kata Narendra Pratap Singh, PhD, rekan peneliti senior di Lab Krumlauf dan penulis pertama artikel tersebut. “Gen lain berevolusi dan mengambil fungsi baru. Ini adalah kejutan yang luar biasa. ”

Para peneliti menunjukkan dengan tepat enam urutan asam amino penting untuk fungsi leluhur A1, yang penting untuk memodulasi interaksi dengan protein lain. Yang juga mengejutkan adalah fakta bahwa urutan tersebut hanya membentuk 2% dari total asam amino dalam protein, menunjukkan bahwa perbedaan kecil di wilayah utama tertentu dapat berdampak besar pada fungsi protein.

“Perbedaan yang tidak kentara dan tampaknya tidak berbahaya dalam urutan protein dapat sangat mempengaruhi jalannya evolusi,” kata Stowers Investigator Kausik Si, PhD, seorang penulis studi tersebut. “Juga, dalam evolusi fungsi protein, kita cenderung berfokus pada apa yang dikonservasi. Studi ini menyarankan agar kita mulai memperhatikan perbedaan kecil, karena beberapa biologi paling menarik tersembunyi dalam perbedaan kecil. ”

Pada tikus, HOXB1 tampaknya telah berevolusi untuk memiliki fungsi baru pada vertebrata untuk memungkinkan keragaman yang lebih besar dalam ekspresi wajah dan perilaku makan yang tidak ditemukan pada invertebrata. Mutasi pada B1 pada tikus dan manusia mempengaruhi morfologi wajah, perkembangan saraf, dan fungsi saraf. Pada manusia, sindrom Mobius, suatu kondisi neurologis yang mengakibatkan kurangnya ekspresi wajah, terkadang dikaitkan dengan mutasi B1.

Studi ini didasarkan pada lebih dari tiga dekade kerja pada gen Hox, keluarga gen “perencana utama” yang mengontrol tata letak embrio yang sedang berkembang dari kepala hingga ekor. Penemuan Krumlauf bahwa gen Hox pada dasarnya sama pada tikus dan lalat buah membantu membangun gagasan bahwa ada kit alat genetik yang umum dan banyak organisme yang secara mengejutkan memiliki gen yang mirip. Studi perbandingan laboratorium pada tikus, anak ayam, dan ikan zebra, dan baru-baru ini lamprey laut, terus memberikan informasi penting tentang bagaimana spesies yang berbeda menggunakan perangkat genetik yang sama untuk membentuk struktur yang beragam. Faktor transkripsi Hox sangat cocok untuk penyelidikan duplikasi dan divergensi gen karena ekspansi mereka dari invertebrata ke mamalia.

Pekerjaan ini membuka jalan bagi studi tambahan tentang evolusi aktivitas protein serta eksplorasi lebih lanjut ke dalam peran gen toolkit yang dilestarikan setelah duplikasi dan divergensi gen.

“Saya pikir kami siap untuk mengeksploitasi kekuatan yang muncul dari biologi struktural, analisis fungsional, dan rekayasa genom,” kata Krumlauf. “Kami benar-benar dapat bertanya, ‘Apakah peran ini dipertahankan pada invertebrata lain? Apakah gen atau protein ini benar-benar melakukan hal yang sama atau apakah ia mengembangkan fungsi yang sepenuhnya baru? ‘ Saya pikir sekarang ada era baru analisis yang memungkinkan karena kekuatan pengeditan gen. “

Kontributor tambahan untuk studi ini termasuk Bony De Kumar, PhD, Ariel Paulson, Mark E. Parrish, PhD, Ying Zhang, PhD, Laurence Florens, PhD, dan Joan Conaway, PhD. Pekerjaan ini didanai oleh Stowers Institute for Medical Research.

Ringkasan Temuan

Dalam sebuah studi baru, para peneliti di Stowers Institute for Medical Research telah mengidentifikasi perbedaan kecil dalam urutan protein utama yang dapat berdampak penting pada bagaimana spesies berevolusi. Penemuan terobosan, dirinci dalam artikel yang diterbitkan secara online 12 November 2020, di Gen dan Perkembangan, menjelaskan evolusi jaringan pengatur gen yang mendorong keanekaragaman di antara organisme.

Studi dari laboratorium Robb Krumlauf, PhD, menggunakan teknologi pengeditan gen modern untuk menggantikan labial Gen Hox pada lalat buah dengan tiga gen terkait pada tikus — HOXA1, B1, dan D1. Para peneliti menemukan bahwa mengganti fungsi labial dengan HOXA1 pada lalat buah mengembalikan fungsi aslinya, tetapi B1 dan D1 tidak, menunjukkan bahwa A1 mempertahankan fungsi leluhur yang telah bertahan 600 juta tahun evolusi, sementara B1 dan D1 telah menyimpang. Para peneliti menunjukkan dengan tepat enam urutan asam amino penting untuk fungsi leluhur A1, yang penting untuk memodulasi interaksi dengan protein lain. Pekerjaan ini membuka jalan bagi studi tambahan tentang evolusi aktivitas protein serta eksplorasi lebih lanjut ke dalam peran gen toolkit dalam duplikasi dan divergensi gen.

Tentang Stowers Institute for Medical Research

Stowers Institute for Medical Research adalah organisasi penelitian biomedis dasar nirlaba yang didedikasikan untuk meningkatkan kesehatan manusia dengan mempelajari proses dasar kehidupan. Jim Stowers, pendiri American Century Investments, dan istrinya, Virginia, membuka Institut pada tahun 2000. Saat ini, Institut ini menampung sekitar 500 peneliti dan personel pendukung, 20 program penelitian independen, dan lebih dari selusin pusat teknologi. Pelajari lebih lanjut tentang Institut di www.stowers.org dan tentang program pascasarjana di www.stowers.org/gradschool.


Diposting Oleh : https://singaporeprize.co/

About the author