Hatte-fangst: Celler går til ekstreme tiltak for å redde sitt DNA
Evolution News; 9. juni 2017
(Oversatt herfra)

Bilde 1: Hatt fra Indiana Jones-film, til salgs på auksjon, av Deidre Willard (Indys hue ) [ CC BY 2.0 ], via Wikimedia Commons.

Det er en berømt scene i en Indiana Jones-film der helten knapt klarer berge seg under en lukkeport som kommer ned mot ham i en underjordisk tunnel. Han ruller under porten akkurat i tide, men hans 'signatur' - den bløte filthatten, faller av. Med brøkdeler av et sekund til overs, strekker han armen under porten og snapper hatten.

Noe lignende skjer i cellen. Noen ganger, når kromosomer blir skilt fra spindelen inn i dattercellene, bryter DNA-fragmenter løs og blir viklet inn i spindelens mikrotubuler. Med mindre de blir reddet og klarer seg til kjernen i de nye cellene, kan det resultere i katastrofe. De resulterende cellene blir ustabile, noe som resulterer i kreft eller celledød. Tiden er av essensiell betydning! Cellen følger et nøyaktig koreografert manus, der tusenvis av skuespillere må spille sine roller perfekt til riktig tidspunkt og sted. Lik porten som faller mot på Indiana Jones, nærmer spaltefuren seg raskt midtpunktet til spindelen, med de fragmentene som sitter fast der. Kan cellen redde dem i tide?

Denne krisen skjer daglig i livet. Som byens folkemengder over bakken, uvitende om Indiana Jones og hans hektiske kamp med døden under gatene, hører og ser vi ingenting om de nær-katastrofer som finner sted i våre celler. Men hvis det ikke var for cellens raske handling, ville alt gå tapt. Den dramatiske sanne historien er fortalt i fascinerende nyheter fra University of California, Santa Cruz, under tittelen, "Hail Mary" -mekanismen kan redde celler med alvorlig skadede kromosomer. "Forfatterne sammenlikner hva som skjer med en forsvarspillers 'alt eller ingenting' lange 'Flo-pasning' {tilpasset (tidligere) norsk fotball -oversetters tilføyelse} i de siste sekundene av en kritisk fotballmatch. Det kaller på desperat spill.

William Sullivan kaller dette et "verste tilfelle scenario" for cellen. De potensielle konsekvensene inkluderer celledød eller en kreftcelle som vokser ut av kontroll. Men Sullivan, professor i molekylær-, celle- og utviklingsbiologi ved UC Santa Cruz, har funnet ut at cellen fortsatt har et trick i ermet for å redde det ødelagte kromosomet.
De siste funnene fra Sullivans laboratorium, publisert i 5. juni-17 utgaven av Journal of Cell Biology , avslører nye aspekter av en bemerkelsesverdig mekanisme som bærer ødelagte kromosomer gjennom prosessen med celledeling, slik at de kan repareres og fungere normalt i dattercellene. [kursiv satt til]

Sullivans forskningsteam studerte en stamme av bananfluer som de muterte for å øke forekomsten av DNA-fragmentering. Ved å sette inn fluorescerende merker, kunne de bevitne "denne fantastiske mekanismen, som en 'Flo-pasning', når tiden løper ut." Det de så, var ikke ulikt Indiana Jones som strakk armen ut etter hatten sin.

"Mekanismen innebærer etableringen av en DNA-binding som fungerer som en livline for å holde det ødelagte fragmentet forbundet til kromosomet."
Sullivans forskning har vist at kromosomfragmenter ikke adskiller seg fra resten av kromosomene, men blir trukket inn senere like før den nydannende kjerne-membranen lukkes. "DNA-lina ser ut til å hindre kjernemembranen fra å lukke seg, og deretter glir kromosom-fragmentet rett inn i siste øyeblikk ," sa Sullivan.
Det er en god ting denne bindingen virker mesteparten av tiden. Når det ikke skjer, blir action-vågehals-filmen til en skrekkfilm.

"Hvis denne mekanismen svikter, og kromosom-fragmentet blir igjen utenfor kjernen, er konsekvensene fryktelige. Fragmentet danner en "mikro-nukleus" med sin egen membran og blir utsatt for omfattende om-arrangeringer av dets genetiske materiale, som deretter kan re-inkorporeres i kromosomer under neste celledeling. Mikro-nukleoider og genetiske rearrangeringer er ofte sett i kreftceller.

Bilde 2. 'Line' tilknyttet en celles DNA

Tenk på hva som kreves for dette trikset skal virke. Gener må konstruere lina, og enzymer må vite hvor de skal feste den. Dette betyr at all informasjon som skal trekkes ut av hele stuntet, må skrives inn i skriptet før regissøren roper "Kjør!" Kan evolusjon skrive et skript som det? I den ny-darwinistiske versjonen ville celler som ikke hadde lina dø eller vokse til en kreftcelle. Seleksjons-kostnaden ville være enorm. Alle spillerne og deres rekvisitter måtte lære sine roller ved en tilfeldighet, finne ut ved ren dum flaks hvor de skal være og hva de skal gjøre før en celle kan lykkes i dette stuntet og overleve. Vi tror ikke at Sullivan eller hans finansierings-agenturer stoler på sjanse for å gjennomføre den.

"Vi vil forstå mekanismen som hindrer det i å skje," sa Sullivan. "Vi identifiserer for tiden genene som er ansvarlige for å generere DNA-lina, som kan være lovende nye mål for neste generasjon kreftbehandling."
Sullivan har nettopp fått et nytt fireårig, $ 1,5 millioner tilskudd fra National Institute of General Medical Sciences for å fortsette denne undersøkelsen.
"Flo-pasningen" er bare én av en hel katalog av strategier som cellen kan trekke på for å beskytte sitt genom. Her er en annen strategi annonsert ved Rice University, hvor forskere fastslo at "biologiens behov for hastighet tolererer få feil."

Bilde 3. Alt-eller-intet Flo-pasning

Biologien må ha det travelt . I å balansere hastighet og nøyaktighet for å duplisere DNA, produsere proteiner og utføre andre prosesser, har evolusjon tilsynelatende bestemt at hastigheten er av høyere prioritet, ifølge forskere fra Rice University.
Rice-forskere utfordrer forutsetninger om at perfekt nøyaktig transkripsjon og oversettelse er kritisk for suksessen til biologiske systemer. Det viser seg noen feil her og der ikke er kritisk så lenge det store flertallet av produserte biopolymerer er riktige.

Selv om forskerne er evolusjonister, kan vi se at det de virkelig fant er optimalisering i arbeid (en form for intelligent design i aksjon -her).

En ny artikkel viser hvordan naturen har optimalisert to prosesser, DNA-replikasjon og protein-oversettelse , som er grunnleggende for livet. Ved samtidig å analysere balansen mellom hastighet og nøyaktighet, fastslo Rice-teamet at naturlig selekterte reaksjonshastigheter optimaliserer for fart "så lenge feil-nivået er tålelig ."

Når du tenker på hva en celle må gjøre før den deler seg, er det ikke mye rom for evolusjon i feilene. Millioner av basepar må dupliseres i en tidsklemme, mens molekylærmaskinen er i drift. Det er som å duplisere en fabrikk mens maskinen går! En smart sjef vil innse at kostnaden ved å være for presis, ikke er verdt forsinkelsen, dersom resultatene er tilstrekkelige for å oppfylle kravene. De bruker en analogi vi er kjent med:

"Kinetisk korrekturlesning er den biokjemiske prosessen som tillater enzymer, som de som er ansvarlige for protein- og DNA-produksjon, for å oppnå bedre nøyaktighet mellom kjemisk lignende substrater. Sekvenser sammenlignes med maler i flere trinn og blir enten godkjent eller kassert, men hvert trinn krever tids- og energiressurser, og som følge av dette oppstår forskjellige byttehandler."

"Ytterligere kontrollprosesser reduserer systemet og forbruker ekstra energi," sa Banerjee. "Tenk på et sikkerhetssystem for fly som sjekker passasjerer. Høyere sikkerhet (nøyaktighet) betyr behov for mer personell (energi), med lengre ventetider for passasjerer (mindre hastighet)."

Bilde 4. Celle-optimalisering

Til tross for den ene evolusjonsreferansen lukter disse forskerne design:
"Det gir like mye fornuft for biologi som det gjør for ingeniør-kunst ," sa Igoshin. "Når du er nøyaktig nok, stopper du å optimalisere."

Vi ser en lignende optimaliseringsstrategi i nyheter fra Brandeis Universitetet om reparasjon av dobbeltstrenget feilreparasjon. Når en DNA-streng ryker, er det ille. Når begge DNA-strengene blir atskilt, er det virkelig ille. Spesialiserte enzymer kan inspisere og reparere disse Dobbelt-Sreng-Bruddene, men de må også ofre nøyaktighet for fart. Enzymer ser etter lignende sekvenser å bruke som en mal for "bandasjen" som vil knytte strengene sammen igjen.

"Men hvor perfekt må matchen være?" Ranjith Anand, den første forfatteren på Nature-artikkelen, sa at dette var et av de sentrale spørsmålene som Haber-laben ønsket å svare på.
De fant ut at reparasjon fortsatt var mulig om hver sjette base i en sammenføyning på rundt 100 baser var forskjellig. Tidligere studier av RAD51 i reagensrør hadde antydet at proteinet hadde et mye strengere krav til samsvar.
At ett av de seks baseparene kunne være en mismatch {for å kunne reprareres- oversetters tilføyelse} overrasket forskerne. Prosessen "er tillatende for mismatcher under reparasjonen," sier Anand ....

Vi begynner å se en slags molekylær hastegrads-inndeling tre i kraft, som slagmarks-medisinere bruker det som er til stede for å hindre soldaten fra å dø. "De fleste skader blir nøyaktig reparert, så cellen er upåvirket, sier artikkelen. For somatiske celler vil ufullkomne bandasjer nok ikke forårsake noen betydelig skade. Darwinisme ville kreve at feilene (1) ble innlemmet i reproduksjonslinjen, og (2) gi funksjonelle nyvinninger som blir positivt selektert. Og dermed ble en ulv en til en hval -her, og en dinosaur tok til å fly mot himmelen -her.

Fornuftige seere av disse action-opplevelsene har uten tvil følelse av god regi, handling og optimalisering bak dem. Clifford Tabin uttrykte sin forbauselse over livets utvikling i Phys.org tilbake i 2013 -her.

"Når jeg underviser medisinske studenter, er de mer interessert i de sjeldne menneskene som er født med fødselsskader. De vil forstå embryologi slik at de forstår hvordan ting går galt, men jeg er mer interessert i at for alle som sitter i min klasserom - alle 200 av disse medisinske og odontologi-studenter - så gikk det riktig! Og hver av dem har et hjerte på venstre side, og hver av dem har to nyrer, og hvordan i all verden skjer det?

Bilde 5. Normal embryo-utvikling

Du er ikke bare en ball av celler, sier han; Du er resultatet av mekaniske prinsipper som styrer veksten av strukturer gjennom mange stadier, utsatt for fysiske krefter, som vanligvis fungerer. Og det er faktisk forbausende.

Oversatt av Asbjørn E. Lund som også har satt inn bilder, -unntatt det første.