Nauka dla Społeczeństwa

29.03.2024
PL EN
10.11.2020 aktualizacja 10.11.2020

Jak komórki zapamiętują informacje? Pojawia się nowy trop

Rys: wykres ilustrujący działanie pamięci komórkowej. Kiedy za pierwszym razem komórki wystawiane są na działanie interferonu gamma - obserwuje się ekspresję genów. Kiedy kilka-kilkanaście dni później ponawia się bodziec, są geny, których ekspresja jest mocniejsza. Dr Siwek zbadał mechanizmy prowadzące do takiej silniejszej ekspresji. Autor: Wojciech Siwek Rys: wykres ilustrujący działanie pamięci komórkowej. Kiedy za pierwszym razem komórki wystawiane są na działanie interferonu gamma - obserwuje się ekspresję genów. Kiedy kilka-kilkanaście dni później ponawia się bodziec, są geny, których ekspresja jest mocniejsza. Dr Siwek zbadał mechanizmy prowadzące do takiej silniejszej ekspresji. Autor: Wojciech Siwek

Jak w genomie komórki zapisywana jest informacja o bodźcach, z którymi się ona stykała? Jest tu ciągle wiele niewiadomych. Badania prowadzone przez Polaka pokazały jednak nowy trop: może mieć w tym udział kohezyna - białkowy "spinacz" genomu.

Pamięć kojarzyć się może z pracą mózgu, a więc neuronów. Proces zapamiętywania i przechowywania informacji jest też niezwykle ważny choćby dla pracy układu odpornościowego, który ma za zadanie zwalczać infekcje. Również jednak i wiele innych komórek ciała musi rejestrować bodźce i uczyć się na nie odpowiadać.

Ale właściwie to gdzie na poziomie poszczególnych komórek i związków chemicznych znajduje się pamięć? Na to pytanie ciągle jeszcze nie ma pełnej odpowiedzi.

Elementem badań nad tym, jak organizmy przechowują informacje, są badania nad tzw. pamięcią transkrypcyjną, czyli komórkową. Komórka bowiem stykając się z zewnętrznymi sygnałami, może uruchomić konkretne geny i zacząć produkować określone białka. A informacja o tym, jak odpowiedziała na dany sygnał, zapisywana jest w jakiś sposób w genomie - nie poprzez zmiany w sekwencji DNA, ale np. poprzez zmiany epigenetyczne - a to choćby przestrzenne zmiany w ułożeniu materiału genetycznego - to, jak jest on zwinięty. Dzięki temu, kiedy dany sygnał wystąpi ponownie - komórka może odpowiedzieć skuteczniej niż poprzednio.

"Nie wiedzieliśmy, co dokładnie odpowiada za pamięć komórkową. Testowałem jakieś 50 różnych hipotez. Żadna nie znalazła potwierdzenia" - opowiada o żmudnej pracy badawczej dr Wojciech Siwek z Uniwersytetu Oksfordzkiego. Cierpliwość jednak się opłaciła i naukowiec wreszcie wpadł na ważny trop. Z jego badań wynika, że z pamięcią komórkową związek musi mieć pewne białko - kohezyna. Badania ukazały się w czasopiśmie Molecular Cell (https://doi.org/10.1016/j.molcel.2020.10.005)

Kohezyna ma formę pierścienia, czy też spinacza, za pomocą którego zwijany jest genom. Swoją ogromną rolę pełni zwłaszcza podczas podziału komórkowego, kiedy nici DNA muszą zwinąć się w zgrabne, ciasno upakowane chromosomy. Kohezyna jednak działa i w innych momentach życia komórki. Odpowiada za zwijanie genomu i regulację ekspresji genów.

W badaniach dr. Siwka badano odpowiedź komórek nowotworowych (HeLa) oraz skóry na powtarzający się bodziec. Najpierw wystawiano komórki na działanie interferonu gamma - białka, które wydzielane jest np. podczas infekcji wirusowych. A potem - po kilku, kilkunastu dniach - ponawiano ten sygnał.

Zaobserwowano, że istnieją geny, które przy drugiej ekspozycji reagowały znacznie intensywniejszą produkcją białek niż przy pierwszej. A silniejsza odpowiedź zauważalna była nawet po 14 dniach, a więc kiedy komórki przeszły już ok. 14 cyklów podziału. Informacja o tym, jak reagować na interferon, musiała być więc nie tylko zapisana w komórkach, które miały z bodźcem bezpośrednią styczność, ale i musiała przenosić się przez podziały mitotyczne.

Naukowcy zidentyfikowali gen, który najmocniej różnił się ekspresją przy powtórnej ekspozycji na interferon. I badano, co decyduje o różnicach w jego ekspresji. Okazało się, że znaczenie ma tu właśnie kohezyna. Jej lokalne usunięcie z przestrzeni wokół genu zdecydowanie poprawiało odpowiedź komórki na sygnał.

Badania naukowców nie odpowiadają na razie na pytanie jak kohezyna wpływa na zapamiętywanie sygnałów, ale wiadomo, że ma w tym swoją rolę.

"Gdybyśmy się nauczyli wpływać na pamięć transkrypcyjną i modyfikować ją, być może realna stałaby się kiedyś, w dalekiej przyszłości, terapia oparta na pamięci komórkowej. I udałoby się opracować skuteczniejsze sposoby zwalczania cyklicznych infekcji np. wirusa grypy. Albo opracować nowe sposoby zapobiegania nawrotom chorób nowotworowych" - marzy dr Siwek.

PAP - Nauka w Polsce, Ludwika Tomala

lt/ agt/

Przed dodaniem komentarza prosimy o zapoznanie z Regulaminem forum serwisu Nauka w Polsce.

Copyright © Fundacja PAP 2024