Chromatine is 1 tot 2 miljard jaar geleden ontstaan ​​in oude microben

In bijna elke menselijke cel moet twee meter DNA passen in een kern van niet meer dan 8 miljoenste van een meter breed. Net als wol rond een spoel, vereist de extreme ruimte-uitdaging dat DNA zich om structurele eiwitten, histonen genaamd, wikkelt. Deze opgerolde genetische structuur, bekend als chromatine, beschermt DNA tegen schade en speelt een sleutelrol bij genregulatie.

Histonen worden gevonden in beide eukaryoten, organismen met gespecialiseerde cellulaire machines zoals kernen en microtubuli, en archaea, een andere tak van de levensboom die bestaat uit eencellige prokaryotische microben, wat betekent dat ze geen kern hebben.

in eukaryotische cellenhistonen worden gemodificeerd door enzymen, waardoor de vorm van het genomische landschap van regulatie voortdurend verandert genexpressie en andere genomische processen. Ondanks deze primaire rol is de exacte oorsprong van chromatine in nevelen gehuld.

Onderzoekers van het Center for Genomic Regulation (CRG) onthullen nu dat een natuurlijke opslagoplossing voor het eerst is geëvolueerd in oude microben die 1-2 miljard jaar geleden op aarde leefden. De studie is vandaag gepubliceerd in het tijdschrift Ecologie en evolutie.

Om terug in de tijd te gaan, gebruikten onderzoekers informatie die in het genoom van moderne organismen is geschreven om te ordenen levensvormen Volgens de evolutie van genen en eiwitten geassocieerd met chromatine. Ze bestudeerden 30 verschillende soorten verkregen uit watermonsters in Canada en Frankrijk. Microben zijn geïdentificeerd dankzij moderne genetische sequencing-technieken die identificatie van soorten door DNA-filtering mogelijk maken. Vervolgens werden ze in het laboratorium gekweekt voor genoom- en eiwitsequencing.

De onderzoekers ontdekten dat prokaryoten niet over de machines beschikten die nodig waren om histonen te wijzigen, wat aangeeft dat primitief chromatine in die tijd een essentiële structurele rol had kunnen spelen, maar het genoom niet reguleerde. Daarentegen hebben onderzoekers ruimschoots bewijs gevonden van eiwitten die lezen, schrijven en wissen histon-modificaties in vroege uiteenlopende eukaryoten zoals malawimonad Gefionella okellyi, ancyromonad Fabomonas Tropica of discoban Naegleria gruberi, microben die nog niet zijn bemonsterd.

“Onze resultaten bevestigen dat de structurele en regulerende rollen van chromatine zo oud zijn als de eukaryoten zelf. Deze functies zijn essentieel voor het eukaryote leven – sinds chromatine voor het eerst verscheen, is het in geen enkel geval meer verloren gegaan. levensvorm, “zegt Dr. Xavier Grau-Buffy, een postdoctoraal onderzoeker aan het CRG en eerste auteur van de studie.” We zijn nu een beetje dichter bij het begrijpen van de oorsprong ervan, dankzij de kracht van vergelijkende analyses om evolutionaire gebeurtenissen te onthullen die miljarden jaren geleden plaatsvonden.”

gebruik makend van sequentiële gegevensIn deze studie reconstrueerden de onderzoekers het repertoire van genen die bezeten waren door de gemeenschappelijke voorouder van de laatste eukaryoot, de cel die aanleiding gaf tot alle eukaryoten. Dit organisme had tientallen histonmodificerende genen en leefde tussen de 1 en 2 miljard jaar geleden op aarde, die zelf naar schatting 4,5 miljard jaar oud is. De auteurs van het onderzoek veronderstellen dat chromatine in deze microbe is geëvolueerd als gevolg van selectieve druk in de primitieve omgeving van de aarde.

Dr. Arnau Sepe Pedro, een onderzoeker bij het CRG en senior auteur van de studie, wijst erop dat “Virussen en converteerbare items Het zijn genoomparasieten die regelmatig het DNA van eencellige organismen aanvallen. Dit kan leiden tot een evolutionaire wapenwedloop om het genoom te beschermen, resulterend in de ontwikkeling van chromatine Als afweermechanisme in de cel ontstonden alle eukaryote organismen op aarde. Vervolgens werden deze mechanismen in detail geselecteerd Genregulatiezoals we zien bij moderne eukaryoten, met name meercellige organismen.”

Volgens de auteurs van het onderzoek zou toekomstig onderzoek kunnen kijken naar de evolutie van histonmodificerende enzymen in Asgardische archaea, microben genoemd naar een mythisch gebied dat wordt bewoond door Noorse goden en dat vaak wordt beschreven als een evolutionaire opstap tussen archaea en eukaryoten. De onderzoekers vonden bewijs dat sommige soorten Asgardische microben, zoals Lokiarchaeota, histonen hebben met eukaryote-achtige eigenschappen, en ze zouden het resultaat kunnen zijn van convergente evolutie.

Geleverd door het Centrum voor Genomische Regulering