Ipoteza catenei de ADN nemuritoare a fost propusă în 1975 de John Cairns ca un mecanism pentru ca celulele stem adulte să minimizeze mutațiile în genomul lor.[1] Această ipoteză propune că, în loc să-și segregă ADN-ul în timpul mitozei într-o manieră aleatorie, celulele stem adulte își împart ADN-ul asimetric și rețin un set șablon distinct de catene de ADN (catenele parentale) în fiecare diviziune. Prin păstrarea aceluiași set de catene de ADN șablon, celulele stem adulte ar transmite mutații care decurg din erorile de replicare a ADN-ului către fiice de celule non-stem care se diferențiază în curând (termină diviziunile mitotice și devin o celulă funcțională). Transmiterea acestor erori de replicare ar permite celulelor stem adulte să-și reducă rata de acumulare a mutațiilor care ar putea duce la tulburări genetice grave, cum ar fi cancerul.
Deși există dovezi pentru acest mecanism, dacă este un mecanism care acționează în celulele stem adulte in vivo este încă controversat.
Două teste principale sunt utilizate pentru a detecta segregarea nemuritoare a catenelor de ADN: testele de reținere a etichetei și teste de puls/urărire de eliberare a etichetei.
În testul de retenție a etichetei, scopul este de a marca catenele de ADN „nemuritoare” sau parentale cu o etichetă ADN, cum ar fi timidina tritiată sau bromodeoxiuridina (BrdU). Aceste tipuri de etichete ADN se vor încorpora în ADN-ul nou sintetizat al celulelor în diviziune în timpul fazei S. Un impuls de etichetă ADN este dat celulelor stem adulte în condițiile în care acestea nu au delimitat încă o catenă de ADN nemuritoare. În aceste condiții, celulele stem adulte fie se împart simetric (astfel, cu fiecare diviziune se determină o nouă catenă „nemuritoare” și în cel puțin una dintre celulele stem, catena de ADN nemuritoare va fi marcată cu etichetă ADN), fie stem adultă. celulele nu au fost încă determinate (astfel precursorii lor se împart simetric, iar odată ce se diferențiază în celule stem adulte și aleg o catenă „nemuritoare”, „caterina nemuritoare” va fi deja marcată). Experimental, celulele stem adulte suferă diviziuni simetrice în timpul creșterii și după vindecarea rănilor și nu sunt încă determinate în stadiile neonatale. Odată ce catena de ADN nemuritoare este etichetată și celula stem adultă a început sau a reluat diviziunile asimetrice, eticheta de ADN este alungată. În diviziunile simetrice (majoritatea celulelor mitotice), ADN-ul se segregă în mod aleatoriu și eticheta ADN-ului va fi diluată la niveluri sub detecție după cinci diviziuni. Dacă, totuși, celulele folosesc un mecanism nemuritor al catenei de ADN, atunci tot ADN-ul marcat va continua să se segregă cu celula stem adultă, iar după cinci (sau mai multe) diviziuni vor fi încă detectate în celula stem adultă. Aceste celule sunt uneori numite celule de reținere a etichetei (LRC).
În testul de eliberare a etichetei, scopul este de a marca ADN-ul nou sintetizat care este transmis în mod normal celulei fiice (non-stem). Un impuls de etichetă ADN este dat celulelor stem adulte în condițiile în care acestea se divid asimetric. În condiții de homeostazie, celulele stem adulte ar trebui să se împartă asimetric, astfel încât același număr de celule stem adulte să fie menținut în compartimentul de țesut. După pulsarea suficient de lungă pentru a marca tot ADN-ul nou replicat, eticheta ADN-ului este eliminată (fiecare replicare ADN-ului încorporează acum nucleotide nemarcate) și celulele stem adulte sunt testate pentru pierderea etichetei ADN după două diviziuni celulare. Dacă celulele folosesc un mecanism de segregare aleatorie, atunci trebuie să rămână suficientă etichetă ADN în celulă pentru a fi detectată. Dacă, totuși, celulele stem adulte folosesc un mecanism nemuritor al catenei de ADN, ele sunt obligate să rețină ADN-ul „nemuritor” nemarcat și vor elibera tot ADN-ul etichetat nou sintetizat în celulele fiice care se diferențiază în două diviziuni.
Unii oameni de știință au combinat cele două abordări, [2][3] utilizând mai întâi o etichetă ADN pentru a eticheta firele nemuritoare, permițând celulelor stem adulte să înceapă să se împartă asimetric și apoi folosind o etichetă ADN diferită pentru a eticheta ADN-ul nou sintetizat. Astfel, celulele stem adulte vor reține o etichetă ADN și o eliberează pe cealaltă în două diviziuni.
Dovezi pentru ipoteza catenei ADN nemuritoare au fost găsite în diferite sisteme. Unul dintre cele mai vechi studii ale lui Karl Lark et al. a demonstrat co-segregarea ADN-ului în celulele vârfurilor rădăcinilor plantelor.[4] Vârfurile rădăcinilor plantelor marcate cu timidină tritiată au avut tendința de a-și segrega ADN-ul marcat în aceeași celulă fiică. Deși nu tot ADN-ul marcat s-a segregat la aceeași fiică, cantitatea de ADN marcat cu timidină observată la fiica cu mai puțină etichetă a corespuns cu cantitatea care ar fi rezultat din schimbul de cromatide soră.[4] Studiile ulterioare ale lui Christopher Potten et al. (2002),[2] folosind experimente puls/urnire cu timidină tritiată, au găsit celule care rețin eticheta pe termen lung în criptele intestinale subțiri ale șoarecilor nou-născuți. Acești cercetători au emis ipoteza că încorporarea pe termen lung a timidinei tritiate a avut loc deoarece șoarecii nou-născuți au intestine subțire nedezvoltate și că timidinei tritiate pulsate la scurt timp după nașterea șoarecilor a permis ca ADN-ul „nemuritor” al celulelor stem adulte să fie etichetat în timpul formării lor. S-a demonstrat că aceste celule pe termen lung circulă activ, așa cum s-a demonstrat prin încorporarea și eliberarea de BrdU.[2]
Întrucât aceste celule circulau, dar continuau să conțină eticheta BrdU în ADN-ul lor, cercetătorii au motivat că trebuie să-și segregă ADN-ul folosind un mecanism nemuritor al catenei de ADN. Joshua Merok și colab. din laboratorul lui James Sherley a creat celule de mamifere cu o genă p53 inductibilă care controlează diviziunile asimetrice.[5] Experimentele BrdU cu puls/urnire cu aceste celule au demonstrat că cromozomii s-au segregat non-aleatoriu numai atunci când celulele au fost induse să se dividă asimetric ca celulele stem adulte. Aceste celule care se divid asimetric oferă un model in vitro pentru demonstrarea și investigarea mecanismelor nemuritoare ale catenei.
Oamenii de știință s-au străduit să demonstreze că acest mecanism nemuritor al catenei de ADN există in vivo în alte tipuri de celule stem adulte. În 1996, Nik Zeps a publicat prima lucrare care demonstrează că celulele de reținere a etichetei au fost prezente în glanda mamară de șoarece[6] și acest lucru a fost confirmat în 2005 de Gilbert Smith, care a publicat, de asemenea, dovezi că un subset de celule epiteliale mamare de șoarece ar putea păstra eticheta ADN și elibera ADN-ul. etichetați într-o manieră compatibilă cu mecanismul nemuritor al catenei de ADN.[3] Curând după aceea, oamenii de știință de la laboratorul lui Derek van der Kooy au arătat că șoarecii au celule stem neuronale care rețin BrdU și continuă să fie active mitotic.[7] Segregarea asimetrică a ADN-ului a fost demonstrată folosind imagini în timp real ale celulelor din cultură. În 2006, oamenii de știință din laboratorul de la Shahragim Tajbakhsh au prezentat dovezi că celulele satelite musculare, care sunt propuse a fi celule stem adulte ale compartimentului mușchilor scheletici, au prezentat o segregare asimetrică a ADN-ului marcat cu BrdU atunci când sunt puse în cultură. Ei au avut, de asemenea, dovezi care au demonstrat că cinetica de eliberare a BrdU în concordanță cu un mecanism nemuritor al catenei de ADN funcționează in vivo, folosind șoareci tineri și șoareci cu regenerare musculară indusă de îngheț.[8]
Aceste experimente care susțin ipoteza firului nemuritor, totuși, nu sunt concludente. În timp ce experimentele Lark au demonstrat co-segregarea, este posibil ca co-segregarea să fi fost un artefact al radiației de la tritiu. Deși Potten a identificat celulele ciclice, care păstrează eticheta ca celule stem adulte, aceste celule sunt greu de identificat fără echivoc ca celule stem adulte. În timp ce celulele proiectate oferă un model elegant pentru co-segregarea cromozomilor, studiile cu aceste celule au fost făcute in vitro cu celule modificate. Este posibil ca unele caracteristici să nu fie prezente in vivo sau pot fi absente in vitro. În mai 2007, Michael Conboy et al. [9] au descoperit dovezi în sprijinul teoriei ADN-ului Immortal, folosind modelul celulelor stem musculare/satelit în timpul regenerării tisulare, unde există o diviziune celulară extraordinară într-o perioadă relativ scurtă de timp. Folosind doi analogi BrdU pentru a eticheta șablonul și catenele de ADN nou sintetizate, ei au văzut că aproximativ jumătate din celulele care se divid în mușchi în regenerare sortează ADN-ul mai vechi „Nemuritor” într-o celulă fiică și ADN-ul mai tânăr în cealaltă. În conformitate cu ipoteza celulelor stem, fiica mai nediferențiată a moștenit de obicei cromatidele cu ADN-ul mai vechi, în timp ce fiica mai diferențiată a moștenit ADN-ul mai tânăr.
Sursa: wikipedia.org
Licență: https://en.wikipedia.org/wiki/Wikipedia:Text_of_Creative_Commons_Attribution-ShareAlike_3.0_Unported_License
Textul a fost trunchiat.