Även om vårt genom innehåller en stor repertoar av gener som är ansvariga för praktiskt taget alla cellulära och utvecklingsprocesser livet kräver, det är den komplexa dansen att reglera deras uttryck som är av avgörande betydelse för att genetiska program ska kunna utföras framgångsrikt. Gener måste slås på och av vid lämpliga tidpunkter eller, i vissa fall, aldrig slagit på eller av alls.

Metylering – tillägg av kemiska taggar till DNA – minskar vanligtvis uttrycket av metylerade gener. I många fall, DNA -metylering kan ses som vägspärrar på en gen. Ju mer metylerad en gen är, desto mindre sannolikt är det att den kommer att vara aktiv. Sådana genetiska avgränsningar är avgörande för att säkerställa att gener involverade i särskilda utvecklingsstadier är aktiva vid rätt tidpunkt, till exempel. Metylering är avgörande för korrekt cellulär funktion, och dess dysreglering är förknippad med sjukdomar, såsom cancer hos människor. Trots dess betydelse, lite är känt om hur kritiska metyleringsmönster ärvs eller underhålls. Whitehead Institute-medlem Mary Gehring och hennes labb har identifierat en mekanism som är viktig för att upprätthålla metylering, att när den störs, resulterar i demetylering av stora delar av Arabidopsis-växtens arvsmassa. Deras arbete beskrivs i veckan i tidningen Naturkommunikation .

Med en ovanlig gen i växten Arabidopsis, Gehring retar isär mekanismerna som ligger till grund för metylering. Genom att bryta denna unika gens "krets", Gehring och Ben Williams, en postdoktor i hennes labb, har fått viktiga insikter i hur metylering upprätthålls, inklusive en överraskande upptäckt att tidigare raderad metylering kan återställas under vissa omständigheter.

För att bättre förstå metyleringens ärftlighet, Gehring och Williams tittade noga på en anomali, ROS1 -genen i Arabidopsis -växter, som kodar för ett protein som tar bort metylering från sin egen gen såväl som andra. Tidigare, Gehring och Williams hade bestämt att ROS1 -metylering faktiskt fungerar på det helt motsatta sättet från det befintliga paradigmet - till skillnad från de flesta gener, när en kort del av denna gen är metylerad, genen är faktiskt aktiverad istället för inaktiverad. Omvänt, om det är metylerat, genen slås på. Som ett resultat, ROS1 kan fungera som en reostat för Arabidopsis-genomet:När metyleringen ökar, ROS1 slås på och börjar ta bort metylgrupper, och när metyleringen minskar, ROS1 stängs av och minskar dess demetyleringsaktivitet.

I den aktuella forskningen, Williams ändrade metylering vid ROS1 så att dess aktivitet kopplades från metyleringsnivåer i genomet, för att se vilka effekter en sådan förändring skulle ha på metylering genom hela genomet. När han analyserade växternas metylering, det var haywire. Metylering gick förlorad genom genomet och minskade gradvis i efterföljande generationer, förutom i en viss del av arvsmassan som kallas heterochromatin — genomområden som är starkt undertryckta. Intressant, Williams upptäckte att trots ändringen av ROS1-reglerkretsen, dessa heterokromatiska avsnitt av genomet återfår faktiskt sin metylering och närmar sig full metylering i den fjärde generationen – samma tidpunkt då resten av genomet har förlorat mycket av sin metylering.

Forskarna bestämde att ROS1 -kretsen som de avslöjade är viktig för metyleringshomeostas eftersom den orsakar ärftlig förlust av metylering när den störs. Och ändå återkommer metylering på vissa platser, om än inte omedelbart, tyder på att Arabidopsis använder flera mekanismer för att upprätthålla metylering homeostas. Gehring och Williams är fascinerade av den förseningen i remetylering och arbetar för att identifiera dess orsak såväl som andra mekanismer som också kan vara på väg att reglera denna kritiska process.