Nowe badania badają strategie adaptacyjne roślin poliploidalnych, dostarczając wiedzy na temat leczenia raka i zwiększania odporności upraw na wyzwania środowiskowe.
Duplikacja całego genomu (WGD) występuje we wszystkich królestwach życia. Chociaż występuje najczęściej u roślin, występuje również w przypadku niektórych wysoce agresywnych nowotworów. Po WGD komórka nabywa dodatkowe zestawy genomów i jest określana jako poliploidalna.
Większość naszych głównych upraw jest również poliploidalna, w tym pszenica, jabłka, banany, owies, truskawki, cukier i rośliny kapustne, takie jak brokuły i kalafior. Poliploidia występuje także w niektórych z najbardziej agresywnych glejaków (rak mózgu) i wiąże się z progresją nowotworu. Ogólnie poliploidię powiązano z odpornością (jak w przypadku upraw) i adaptacją do środowiska (jak w przypadku nowotworów dających przerzuty).
Ponieważ poliploidy mają więcej genomów do zarządzania, podwojenie tych genomów może być słabością, dlatego ważne jest, aby zrozumieć, jakie czynniki stabilizują młode poliploidy i jak ewoluują populacje o podwojonym genomie.
W nowym badaniu opublikowanym w Raporty komórkoweeksperci ze Szkoły Nauk Przyrodniczych Uniwersytetu w Nottingham przyglądają się, jak trzy rośliny poliploidalne z sukcesem odniosły sukces gatunek ewoluowała, aby zarządzać dodatkowymi DNA i czy każdy z nich zrobił to inaczej, czy wszyscy w ten sam sposób.
Spostrzeżenia badawcze z poliploidów
Profesor Levi Yant, który kierował badaniem, powiedział: „Zrozumienie szeregu problemów stojących przed poliploidami może pomóc nam zrozumieć, dlaczego niektórym się to udaje, a innym nie. Widzimy, że udane poliploidy pokonują określone problemy z zarządzaniem DNA i skupiamy się dokładnie na tym, jakie są ich „naturalne rozwiązania”.
„W naszym badaniu przyjrzeliśmy się trzem przypadkom, w których gatunki przystosowały się do „życia poliploidalnego” i nie tylko przetrwały, ale nawet prosperowały. Następnie sprawdziliśmy, czy do przeżycia wykorzystali te same rozwiązania molekularne. Co zaskakujące, tak się nie stało.”
Naukowcy odkryli, że najwyraźniejszy sygnał szybkiej adaptacji do stanu poliploidalnego pochodził od cząsteczki CENP-E, która jest dokładnie cząsteczką, którą inne grupy niedawno uznały za piętę achillesową nowotworów polipoidalnych i która stanowi obiecujący cel terapeutyczny w zabijaniu nowotwory. Następny najwyraźniejszy sygnał pochodził od „genów mejozy”, które, jak zauważa profesor Yant, są włączane w przypadku wielu nowotworów, podczas gdy są wyłączane w prawie wszystkich normalnych komórkach.
Implikacje dla badań nad rakiem i rolnictwa
„Odkryliśmy sygnały szybkiej adaptacji do stanu WGD w tych samych sieciach molekularnych, a w przypadku CENP-E dokładnie tę cząsteczkę, która jest szczególnie ważna w przypadku nowotworów poliploidalnych” – kontynuuje profesor Yant.
„Ta WGD daje rakowi krótkoterminową przewagę nad większością terapii, ale celowanie w dokładnie tę cząsteczkę, CENP-E, specyficznie zabija raka poliploidalnego. Jest to uderzający przykład ewolucyjnego powtórzenia (lub zbieżności) z zupełnie innych kierunków, ale do tej samej przeszkody adaptacyjnej. Możemy teraz przyjąć model, który dobrze przystosowuje się do poliploidii i który może pomóc w naszym myśleniu o niektórych typach nowotworów”.
Wyniki badania mogą pomóc w lepszym zrozumieniu, w jaki sposób niektóre nowotwory poliploidalne, takie jak glejaki (rak mózgu), mogą wykorzystywać poliploidię do progresji i jakie cząsteczki mogą być celem terapii w celu „zabicia” komórek nowotworowych.
Mówiąc szerzej, badanie stanowi ważny dowód wskazujący, że wykorzystanie biologii ewolucyjnej w poszukiwaniu tych naturalnych rozwiązań może pomóc w przyszłych terapiach. Wreszcie badanie ilustruje również różne sposoby, w jakie możemy w przyszłości lepiej zaprojektować nasze liczne poliploidalne uprawy, aby były bardziej odporne na pewne kataklizmy, takie jak zmiana klimatu.
Odniesienie: „Kinetochore i jonomiczna adaptacja do duplikacji całego genomu w ślimaku pokazuje ewolucyjną zbieżność w trzech autopoliploidach” autorstwa Sian M. Bray, Tuomas Hämälä, Min Zhou, Silvia Busoms, Sina Fischer, Stuart D. Desjardins, Terezie Mandáková, Chris Moore, Thomas C. Mathers, Laura Cowan, Patrick Monnahan, Jordan Koch, Eva M. Wolf, Martin A. Lysak, Filip Kolar, James D. Higgins, Marcus A. Koch i Levi Yant, 7 sierpnia 2024 r., Raporty komórkowe.
DOI: 10.1016/j.celrep.2024.114576
Badanie zostało sfinansowane przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych, BBSRC i Leverhulme Trust.
