Epigenetikk styrer genetikk - og det er et problem for darwinismen

David Coppedge; 8. nov. 2022 Oversatt herfra.

Bilde 1. Marsjerende band

Kraften til epigenetiske prosesser over gener fortsetter å være et stort emne innen biologi. Epigenetiske prosesser kontrollerer hvilke gener som oversettes og hvilke som bringes til taushet, hvilke konsentrasjoner av transkripsjoner som kreves, og hvordan molekylære maskiner samles til riktig tid og sted for å styre genprodukter til sine operasjonelle destinasjoner. Hvis noter er et argument for design, hvor mye mer organisasjonen som musikken levende i et marsjerende bands pauseshow?

Epigenomets vaktmann
P53-proteinet har lenge blitt kalt 'genomets vokter' for sin nøkkelrolle i tumorundertrykkelse. Nå kaller noen tyske forskere det "(epi)genomets vokter." Nyheter fra Universitetet i Konstanz forteller hvordan et forskerteam ledet av Ivano Amelio, tok en møysommelig titt på hvordan p53 fungerer.

Bilde 2. p53 har en tumorundertrykkende rolle

-Celler - og deres DNA-integritet - er spesielt utsatt når de deler seg, ettersom de dupliserer deres DNA i prosessen. "Som i alle andre replikeringsprosesser, for eksempel å kopiere et dokument eller kopiere en digital fil, er det katastrofalt hvis malen flyttes eller endres mens kopien lages. Av denne grunn kan gener ikke transkriberes – dvs. brukes som maler for proteiner – mens DNA kopieres, forklarer Amelio. Hvis gener likevel blir transkribert, oppstår det alvorlige forstyrrelser, som kan føre til kreftfremmende mutasjoner. Resultatene fra Amelio og teamet hans, som nå vises som forsidehistorien i Cell Reports, viser at p53-inaktivering favoriserer slik kopirelatert skade. De fant at p53 normalt virker ved å endre cellemetabolismen på en måte som forhindrer aktivering av genomregioner, som skal forbli inaktive.

Arbeidet deres fant at p53 er en epigenetisk regulator: den holder gener, som ikke bør oversettes under mitose, tause - ved å låse dem bort i heterokromatin. Uten denne kontrollen blir gener tilgjengelige for oversettelsesmaskineri på feil tidspunkt, for eksempel under mitose. "Dette forårsaker så mye skade," fant de, "at det vil drive celler inn i en tilstand av genomisk ustabilitet som favoriserer og forverrer kreftprogresjon."

"Ved å avdekke denne mekanismen kan vi demonstrere at det er en sammenheng mellom metabolisme, epigenetisk integritet og genomisk stabilitet. I tillegg ga vi bevis for at p53 representerer bryteren som kontrollerer på/av-statusen til dette beskyttelsessystemet i responsen på miljøstress," oppsummerer Amelio funnet.
Spørsmålet om hvordan p53-inaktiverte svulster, utvikler genomisk ustabilitet har plaget det vitenskapelige samfunnet i ganske lang tid. "Nå har vi sikkerhet for at det i disse svulstene er et problem på metabolsk nivå som gjenspeiles i integriteten til epigenomet. Derfor burde p53 faktisk kalles vokter av (epi-)genomet.

Epigenetikk komprimerer gener i kjønnsceller
John Innes-senteret i Storbritannia -lenke annonserte løsningen på en gåte: hvordan planter komprimerer DNA-et sitt i sædceller. Dyr, som har svømmende sædceller, gjør det ved å erstatte histonene med protaminer. Men planter, som sprer kjønnsceller via pollen, opprettholder sitt histonbaserte kromatin gjennom befruktning. Hvorfor forskjellen, og hvordan komprimerer planter DNAet i mannlige kjønnsceller?

Bilde 3. Plante-sperma

Svaret ble funnet av et forskerteam ved senteret ledet av professor Xiaoqi Feng. Det involverer kondensater (se min artikkel om Caltech-studien) som dannes ved faseseparasjon, iboende forstyrrede områder av visse proteiner og epigenetikk. "Professor Fengs forskerteam brukte superoppløsningsmikroskopi, komparativ proteomikk, epigenomisk sekvensering av en celletype og 3D-genomkartlegging for å undersøke dette mysteriet." Nøkkelen til løsningen var identifisering av en histonvariant kalt H2B.8. Det er spesifikt uttrykt i spermkjerner.
-H2B.8 har en lang iboende 'forstyrret' region (IDR), en funksjon som ofte lar proteiner gjennomgå faseseparasjon. Forskningen fant at nesten alle blomstrende plantearter har H2B.8-homologer (kopier), som alle inneholder en IDR, noe som tyder på viktige funksjoner.

Så hvorfor trenger planter DNA-komprimering når sædcellene ikke trenger å svømme til egget? Pollenkorn lander på en pistill og sender lange pollenrør for å nå eggene. Komprimering av sædcellene tjener derfor et formål for angiospermer. Interessant nok komprimerer ikke gymnospermer, som bruker en annen metode for pollinering, sædcellene sine, og mangler H2B.8.
-Dr. Toby Buttress, førsteforfatter av studien, sa: "Vi foreslår at H2B.8 er en evolusjonær innovasjon av blomstrende planter som oppnår et moderat nivå av kjerne-kondensasjon, sammenlignet med protaminer, som ofrer transkripsjon for superkomprimering. H2B.8-mediert kondensasjon er tilstrekkelig for immotile sædceller og kompatibel med genaktivitet."

Bilde 4. Celler holdes samlet via membraner -med komplekse inngangs/utgangs-kontroller

Epigenetikk driver byrået
En livlig oppfølging av Caltechs funn i fjor om kondensat ble publisert av Nature, "De formskiftende klattene som rystet cellebiologien." -lenke. Reporter Elie Dolgin kaller disse membranløse organellene for dråper, kondensater og granulat. Hun bruker samme kontorplan-metafor som Caltech brukte:
-I årevis, hvis du spurte en vitenskapsmann hvordan de forestilte seg den indre funksjonen til en celle, kan de ha snakket om en svært organisert fabrikk, med forskjellige avdelinger som hver utfører spesialiserte oppgaver i avgrensede samlebånd.
Spør nå, og de kan være mer tilbøyelige til å sammenligne cellen med et kaotisk kontor med åpen planløsning, med hot-desk-soner hvor forskjellige typer cellulært materiale samles, for å fullføre en oppgave og deretter spre seg til andre regioner.

Bildet er mindre av roboter, forankret til gulvet på et samlebånd, og mer av intelligente aktører som samles i farten, samhandler, deler materialer og løser problemer. Er ikke det akkurat som squishy biologi uansett? Celler virker som kaotiske klatter på ett nivå, men de gir på en eller annen måte opphav til en flygende ugle, en hoppende delfin og en matematiker ved en tavle. Ting fungerer tydeligvis på ingeniørnivåer utover vår nåværende evne til å forstå.
"Vi har observasjonene som kondenserer form," sier Jonathon Ditlev, en cellulær biofysiker ved Hospital for Sick Children i Toronto, Canada. "Nå må vi vise hvorfor de er viktige."
Dolgin forteller hvordan disse "blobbene" selvorganiserer seg gjennom faseseparasjon, men mange spørsmål gjenstår. Hvordan kommer de riktige ingrediensene inn i disse "molekylære smeltediglene" som fremskynder interaksjoner i størrelsesordener? Hvordan skiller de seg når arbeidet er gjort? Han nevner ikke epigenetikk i artikkelen sin, men implikasjonen er tydelig at genetikk alene ikke kan forklare dette.

Bilde 5. Epigenetiske mekanismer spiller en stor rolle i uttrykking av gener

Epigenetikk utfordrer evolusjonen
Hvorvidt plante-DNA-komprimering kan kalles en "evolusjonær innovasjon" i motsetning til en designet løsning kan diskuteres. Når det gjelder denne kontroversen, spør Katarina Zimmer hos The Scientist: "Påvirker epigenetiske endringer evolusjonen?"
-Bevismengden øker stadig på at epigenetiske merker på DNA kan påvirke fremtidige generasjoner på en rekke måter. Men hvordan slike fenomener kan påvirke evolusjonære prosesser i stor skala, diskuteres heftig.
Etter å ha fortalt om et tilfelle der nematoder arvet en stressrespons, fordyper Zimmer den nåværende "harde debatten" mellom troende og tvilere om hvorvidt epigenetikk krever revisjoner av evolusjonsteorien.

Ingen tviler på eksemplene om epigenetisk arv, men noen i den gamle garde overdrar dem til mindre roller i langsiktig evolusjon. Zimmer nevner oppmerksomhet, generert av artikkelen til Stephen Buranyi på The Guardian og spør: "Trenger vi en ny evolusjonsteori?" (se David Klinghoffers analyse her). En av revisjonistene Zimmer siterer er Alyson Ashe ved University of Sydney, som også observerte epigenetisk arv hos C. elegans.
-Spesifikt antar den moderne syntesen utviklet på 1940-tallet at evolusjon er drevet utelukkende av tilfeldige DNA-mutasjoner. Mens mange forskere stiller spørsmål ved om ikke-DNA-baserte mekanismer kan være meningsfulle bidragsytere til evolusjonære prosesser, sier noen at lærebøker må oppdateres.
-"Vi trenger ikke å omskrive og kaste bort de nåværende teoriene, men de er ufullstendige," sier Ashe. "De trenger justering for å vise hvordan epigenetikk kan spille sammen med disse teoriene."

Bilde 6. Hvem/hva skaper orden ut av kaos?

Epigenetikk får bandet til å spille
Zimmer lar kontroversen være uløst, men det er sannsynlig at darwinister må møte den epigenetiske musikken, så snart trommeslagene lyder høyere. Hvis instrumentalistene er som genene, må andre enheter fortelle bandmedlemmene hvilken musikk de skal spille, når de skal starte, og hvordan de skal spre seg og samles inn i neste formasjon på banen, ellers blir det kakofoni. Hvis nydarwinismen ikke engang kan få tilfeldige toner på en side, til å resultere i en melodi, hvordan kan den stå for en tamburmajor, dirigent, bibliotekar, programmerer, drillteam og alle de andre enhetene som trengs for en sammenhengende forestilling? Takket være epigenetikk kondenserer alle spillerne i de riktige posisjonene, beveger seg rundt mens de spiller, og gir en publikumsvennlig fremføring av "Orkesterdrill".