Planarier är plattmaskar med den extraordinära förmågan att återställa sårade eller saknade delar av kroppen. Det har länge varit känt att en viss grupp proteiner - känd som PIWI -proteiner - är avgörande för denna förmåga att regenerera. Ett team av forskare vid University of Bayreuth under ledning av biokemisten Dr. Claus Kuhn avslöjar nu insikter i hur dessa proteiner fungerar mer detaljerat. I journalen Gener och utveckling , forskarna presenterar sina forskningsresultat, som lovar att främja den molekylära förståelsen av regenereringsprocesser.

Skydd av genetisk information

Forskargrupper runt om i världen undersöker planarernas fantastiska förnyelseförmåga. Deras arbete har revolutionerats genom kombinationen av biokemiska metoder med hög genomströmningsteknik kopplad till bioinformatik. Studien från Bayreuth fokuserar på Schmidtea mediterranea , den planariska modellarten som bäst studeras. Dess stamceller innehåller proteinerna SMEDWI-2 och SMEDWI-3. Utan dessa proteiner från gruppen av PIWI -proteiner, plattmaskarna kan inte regenerera, än mindre förbli livskraftig. Bayreuth -forskarna upptäckte att de ovannämnda två proteinerna binder till små RNA, känd som piRNA. Detta gör det möjligt för den senare att känna igen och bryta ner hoppande gener (transposoner). Viktigt, hoppande gener har för vana att ständigt ändra sin position inom genomet, vilket utlöser mutationer. Genom att förnedra transposoner och göra dem ofarliga, piRNA ger ett viktigt bidrag till stabiliteten av genetisk information, särskilt i planära stamceller. Den här vägen, forskare är nu närmare att förstå hur planarernas stamceller upprätthåller den flexibilitet som krävs för att regenerera kroppsdelar utan att förstöra sig själva samtidigt.

"piRNA har denna stabiliserande effekt hos människor, för, men de förekommer bara i våra könsceller. Planärer, i kontrast, har ett stort antal piRNA i vuxna pluripotenta stamceller, som fortsätter att differentiera och utvecklas till olika vävnadstyper. Planärer är därför en idealisk modellorganismer för att undersöka hur piRNA fungerar, "säger doktor Claus Kuhn.

En annan funktion av piRNA:nedbrytning av budbärar -RNA

Dessutom, Bayreuth-forskarna har upptäckt en annan funktion för SMEDWI-3:några piRNA som SMEDWI-3 binder till inte senare riktar sig mot hoppande gener utan istället känner igen mRNA. Dessa molekyler, även känd som "budbärar -RNA, "innehåller information för syntes av proteiner. I vissa fall, de bryts ner av piRNA som är bundna till SMEDWI-3, i andra fall är de bara bundna av SMEDWI-3 och möjligen till och med skyddade från nedbrytning.

"Vi blev mycket förvånade när vi hittade denna ytterligare funktion av SMEDWI-3, som sker oberoende av nedbrytningen av hoppande gener. Det verkar möjligt att vissa piRNA bundna till SMEDWI-3 används för nedbrytning av mRNA eftersom detta håller stamcellerna i ett mer stabilt tillstånd av pluripotens. Pluripotens kan tänkas äventyras om för mycket givet budbärar -RNA är tillgängligt och används för proteinsyntes. Dock, det är fortfarande oklart vad det slutliga syftet med SMEDWI-3-bindning till budbärar-RNA är, när det inte leder till nedbrytning av RNA. Detta är vad vi hoppas få reda på i framtiden, säger Iana Kim, första författare till den nya studien och doktorand i Dr. Claus Kuhns laboratorium.