Belgijos mokslininkų komanda, tirdama mikroskopinius organizmus, aptiko išskirtinį reiškinį: bdeloidinė rotiferė Adineta vaga gali perduoti palikuonims stipriai pažeistą genomą ir leisti DNR taisymui tęstis per kelias kartas. Tokia transgeneracinė sugadintų chromosomų „paveldėjimo ir remonto“ grandinė iki šiol nebuvo patikimai aprašyta kituose gyvuose organizmuose.
Rotiferės, panašiai kaip geriau žinomi tardigradai, gali beveik visiškai išdžiūti ir vėl „atsigauti“ grįžus vandeniui. Tyrime jos buvo veikiamos protonų spinduliuote 100, 250 ir 500 grejų dozėmis, kurios, tyrėjų vertinimu, gali sukelti atitinkamai apie 88, 220 ir 440 dvigrandės DNR lūžių visame genome.
Kas nustebino tyrėjus
Eksperimento pradžia atrodė paprasta: apšvitintai A. vaga pateliai padėjus kiaušinį, iš jo buvo sukurta genetiškai identiška, kloninė populiacija. Logiška būtų tikėtis, kad visi klonai turės panašų, „užfiksuotą“ spinduliuotės paliktą DNR pažeidimų vaizdą.
Tačiau sekoskaitos duomenys parodė keistą dalyką: dideli chromosomų „iškritimai“ skirtinguose individuose skyrėsi, o trūkstama genetinė informacija tarsi palaipsniui atsistatydavo. Tai leido įtarti, kad taisymas vyksta ne viename organizme ir ne vienu etapu, o išsitęsia per laiką ir kartas.
„Išskirtiniausia tai, kad jos kažkaip stabilizuoja chromosomų galus, išlaiko DNR fragmentus ir gali juos perduoti kitai kartai, kur taisymas tęsiasi“, – sakė evoliucinė biologė Karine Van Doninck.
Kaip įmanoma „paveldėti“ sudaužytas chromosomas
Įprastai stipriai suskilus chromosomoms kyla problema: dalijantis ląstelei fragmentai be centromeros dažnai „nepatenka“ į dukterines ląsteles, todėl genetinė medžiaga prarandama. Tyrėjai daro išvadą, kad bdeloidinių rotiferių chromosomos greičiausiai turi holocentrinę sandarą, kai centromeros funkcijos elementai išsidėstę ne vienoje vietoje, o per platesnius chromosomos regionus.
Tokiu atveju net ir suskilę chromosomų gabalai gali išlikti „funkcionalūs“ segregacijos prasme, todėl gali būti perduodami toliau. Tai paaiškintų, kodėl pažeisti fragmentai ne iškart dingsta, o išsilaiko tiek ląstelių dalijimuose, tiek palikuonių kartose.
Remontas, kuris gali užtrukti kelias kartas
Antroji istorijos dalis yra pats taisymas. A. vaga genomas yra diploidinis, todėl kiekviena chromosoma turi homologą, kuris gali veikti kaip šablonas atkurti trūkstamas sekas.
Nors ši rotiferė dauginasi nelytiškai, ji, pasak autorių, yra išlaikiusi neįprastą mejozės formą, kurioje homologinės chromosomos susiporuoja. Tuomet pažeistas DNR galas gali „susirasti“ atitinkamą vietą sveikesnėje homologėje chromosomoje ir palaipsniui atkurti prarastą seką, mechanizmą tyrėjai vadina BIHER.
„Mūsų rezultatai rodo, kad pakartotinis BIHER iš principo gali atkurti pirminę sulūžusios chromosomos struktūrą, o kai kurie ištrynimai po tam tikro kartų skaičiaus gali visiškai išnykti“, – sakė molekulinis biologas Bernard Hallet.
Tyrėjai pabrėžia, kad tokie gebėjimai greičiausiai neatsirado vien dėl atsparumo radiacijai. Rotiferės gyvena samanose ir kerpėse, kur drėgmės sąlygos smarkiai kinta, o išdžiūvimas gali sukelti DNR žalą, panašią į jonizuojančios spinduliuotės padarinius, įskaitant dvigrandžius lūžius.
Mokslininkai tikisi, kad šis modelis padės geriau suprasti, kaip ląstelės tvarkosi su katastrofišku chromosomų suardymu, įskaitant procesus, siejamus su chromotripse ir sudėtingais genomo persitvarkymais. Tyrimo rezultatai publikuoti mokslo žurnale Science Advances.