Jediná mutace proměnila hořkou mandle ve sladkou a stala se klíčovým faktorem její domestikace. Jak je popsáno v Věda, vědci analyzovali genom sladkých mandlí a objevili mutaci v proteinu bHLH2, který se podílí na syntéze amygdalinu, toxické látky, která se tvoří v oříšcích divokých mandlí a dodává jim hořkou chuť. Mutace „rozbila“ protein ve sladkých mandlích a amygdalin se v nich přestal tvořit.
Mandle (Prunus dulcis) se pěstovaly od starověku. Podle všeho si ji ochočili obyvatelé úrodného půlměsíce. Oříšky planých mandlí na rozdíl od pěstovaných obsahují látku amygdalin, která jim dodává hořkou chuť a činí je jedovatými. V lidském žaludku se amygdalin rozkládá za vzniku toxických látek, kyseliny kyanovodíkové a jejích solí. Proto byl klíčem k domestikaci mandlí výběr rostlin se sladkými semeny. Genetické studie ukázaly, že sladké mandle jsou výsledkem dominantní mutace v lokusu zvaném „Sweet Seed“ (Sladké jádro, Sk). Ale které geny jsou v jeho složení zahrnuty, bylo donedávna nejasné.
Raquel Sánchez-Pérez z University of Murcia a její kolegové ze Španělska, Dánska a Itálie sestavili a analyzovali genom sladkých mandlí. Při analýze lokusu Sk výzkumníci v něm objevili shluk pěti genů kódujících proteiny transkripčních faktorů bHLH1-bHLH5. Autoři navrhli, že mutace v těchto proteinech mohou způsobit, že hořké mandle budou sladké, a rozhodli se je prostudovat podrobněji, protože za prvé, genotypy hořkých a sladkých mandlí jsou spojeny s různými úrovněmi transkripce genů cytochromu P450, PdCYP79D16 и PdCYP71AN24 (podílejí se na biosyntéze prunasinu, prekurzoru amygdalinu). Za druhé, je známo, že transkripční faktory bHLH regulují biosyntézu určitých látek. A do třetice autoři našli vedle genů PdCYP79D16 и PdCYP71AN24 několik vazebných míst pro proteiny bHLH. Pro regulaci transkripce je nutná vazba proteinů bHLH na DNA.
Genová analýza bHLH ukázal, že ve sladkých mandlích v jedné z nich, bHLH2,objevila se mutace, která vedla k nahrazení aminokyseliny leucinu, umístěné v pozici 346 polypeptidového řetězce, fenylalaninem. Na rozdíl od leucinu má fenylalanin benzenový kruh, objemnou strukturu, která může interferovat s funkcí proteinu. Autoři navrhli, že substituce buď interferuje s tvorbou dimeru bHLH2 (transkripční faktory bHLH fungují „ve dvojicích“), nebo se vytvoří, ale nefunguje.
Aby vědci zjistili, která hypotéza byla správná, izolovali proteiny bHLH2 získané ze sladkých a hořkých mandlí a oddělili je podle velikosti pomocí elektroforézy. Ukázalo se, že oba proteiny tvoří dimery. Ale dimer ze sladkých mandlí se nedokázal vázat na DNA (a tedy regulovat transkripci). Vědci proto došli k závěru, že ve sladkých mandlích dimer bHLH2 nefunguje a brání biosyntéze toxického amygdalinu.
Sestavení a analýza genomu již vědcům pomohly zjistit původ některých kulturních a divokých rostlin. Zejména genetici odhalili historii několika druhů lanýžů a čajových růží, které byly objeveny, když se opiový mák „naučil“ vyrábět morfin, a jak kiwi dokázala produkovat velké množství vitamínu C.
Jekatěrina Rusáková
Našli jste překlep? Vyberte fragment a stiskněte Ctrl + Enter.
Mechanismus vývoje Angelmanova syndromu je spojen s presynaptickými receptory
Studie byla provedena na larvách Drosophila
Japonští vědci při pokusech s ovocnými muškami prokázali mechanismus ovlivnění neuroplasticity enzymu ubikvitin ligázy, jehož funkce jsou u Angelmanova syndromu narušeny. Jak se ukázalo, tento enzym v presynaptických zakončeních axonů je zodpovědný za degradaci receptorů pro kostní morfogenetický protein, díky čemuž jsou při vývoji nervové tkáně eliminovány zbytečné synapse. Zpráva o práci byla zveřejněna v časopise Science. Angelmanův syndrom je vývojová porucha, která způsobuje mentální retardaci, poruchy hybnosti, epilepsii, nedostatek řeči a výrazný vzhled. Je způsobena vrozenými defekty enzymu E3A ubikvitin ligázy (Ube3a), který připojuje ubikvitin k proteinům a ovlivňuje jejich osud v buňce včetně degradace. U Angelmanova syndromu snížená aktivita Ube3a narušuje synaptickou plasticitu během neurovývoje, zejména eliminaci zbytečných synapsí. Zvýšená aktivita tohoto enzymu vede naopak k nestabilitě vytvořených synapsí a v důsledku toho k poruchám autistického spektra. Studie postsynaptických funkcí Ube3a ukázaly, že hraje roli v neuroplasticitě, zejména při tvorbě dendritických trnů. Navíc podle imunochemických studií a studií elektronového mikroskopu je tento enzym v mozkové kůře myší a lidí exprimován převážně presynapticky. Vzhledem k vysoké evoluční ochraně Ube3a použili vědci z Tokijské univerzity pod vedením Kazuo Emota ke studiu jejích presynaptických funkcí dendritické větvení senzorických neuronů třídy IV (C4da) larev ovocných mušek Drosophila. Počet dendritů těchto neuronů prudce klesá (dochází k prořezávání) v prvních 24 hodinách po vytvoření kukly a v posledních fázích jejího vývoje se dendrity opět větví podle typu dospělce. Pomocí fluorescenčních značek různých neuronálních biomarkerů vědci ukázali, že nejen dendrity, ale také presynaptické axonové terminály procházejí během tohoto procesu remodelací. Střídavým vypínáním různých složek molekulárních komplexů zapojených do těchto procesů byli vědci přesvědčeni, že pouze Ube3a, ale nikoli ligáza cullin-1 E3 zapojená do prořezávání dendritů, je nezbytná pro eliminaci synapsí pod vlivem tavení ekdysonu. hormonální signální dráha. Další experimenty s použitím fluorescenčních značek a interference RNA ukázaly, že Ube3a je aktivně transportován z těla neuronu do axonu motorickým proteinem kinesinem průměrnou rychlostí 483,8 nanometrů za sekundu. Vytvořením mutantů s defekty v různých oblastech Ube3a autoři zjistili, že mutace D313V, V216G a I213T spojené s Angelmanovým syndromem ve střední doméně enzymu obsahující tandemové polární zbytky (TPR) interferují s jeho asociací s kinesinem a transportem z těla neuronů do axonu. V důsledku toho je narušena eliminace zbytečných synapsí. Změny v N-terminální doméně vázající zinek AZUL a C-terminální HECT ovlivnily tyto procesy v mnohem menší míře. Ube3a se podílí na ubikvitinaci mnoha buněčných proteinů. Aby autoři práce zjistili, který z nich zprostředkovává eliminaci synapsí, navodili v neuronech nadměrnou expresi různých cílových proteinů Ube3a, aby tento enzym nasytili a zablokovali tak jeho působení. Ukázalo se, že výrazné defekty v synaptické eliminaci nastávají při nadměrné expresi tykveinu (Tkv), presynaptického receptoru pro kostní morfogenetický protein (BMP); Prořezávání dendritů není ovlivněno. Vyšetření normální exprese Tkv pomocí fluorescenčních značek ukázalo, že jeho hladina byla významně snížena osm hodin po začátku tvorby kukly. K tomu nedošlo u mutantů postrádajících Ube3a. Vypnutí genu tkv nebo jiné složky signální dráhy BMP – mad – obnovilo eliminaci synapsí u takových mutantů, to znamená, že tato signální dráha je za to zodpovědná. To bylo potvrzeno obnovením eliminace synapsí u mutantů postrádajících Ube3a pomocí BMP antagonisty LDN193189 a také expresí proteinů Glued-DN nebo Dad, které potlačují Mad signalizační aktivitu. Umělé zvýšení presynaptické exprese Ube3a v neuronech C4da způsobilo masivní předčasnou eliminaci vytvořených synapsí a obecný pokles synaptického přenosu u larev ve třetím instaru. Bylo to kvůli nadměrnému potlačení signální dráhy BMP. Defekty ubikvitin ligázy Ube3a, které jsou základem Angelmanova syndromu, tedy vedou k nadměrné aktivitě signální dráhy BMP, v důsledku čehož při vývoji nervové soustavy nejsou eliminovány zbytečné synapse. Tato signální dráha by mohla sloužit jako cíl pro vývoj nových léčebných postupů tohoto syndromu, případně poruch autistického spektra, domnívají se autoři práce. V roce 2020 američtí vědci oznámili, že byli schopni zabránit rozvoji Angelmanova syndromu u myší s mutací v mateřské kopii genu UBE3A.
