Planarians zijn platwormen met het buitengewone vermogen om gewonde of ontbrekende delen van hun lichaam te herstellen. Het is al lang bekend dat een bepaalde groep eiwitten - bekend als PIWI-eiwitten - essentieel is voor dit vermogen om te regenereren. Een team van onderzoekers van de Universiteit van Bayreuth onder leiding van biochemicus Dr. Claus Kuhn onthult nu meer gedetailleerd inzicht in het werkingsmechanisme van deze eiwitten. In het journaal Genen en ontwikkeling , de wetenschappers presenteren hun onderzoeksresultaten, die beloven het moleculaire begrip van regeneratieprocessen te bevorderen.

Bescherming van genetische informatie

Onderzoeksgroepen over de hele wereld onderzoeken het verbazingwekkende regeneratieve vermogen van planarians. Hun werk heeft een revolutie teweeggebracht door de combinatie van biochemische methoden met high-throughput-technieken gekoppeld aan bio-informatica. Het onderzoek van Bayreuth richt zich op: Schmidtea mediterranea , de planaire modelsoort die het best bestudeerd kan worden. Zijn stamcellen bevatten de eiwitten SMEDWI-2 en SMEDWI-3. Zonder deze eiwitten uit de groep van PIWI-eiwitten, de platwormen kunnen niet regenereren, laat staan ​​levensvatbaar blijven. De Bayreuth-onderzoekers ontdekten dat de bovengenoemde twee eiwitten binden aan kleine RNA's, bekend als piRNA's. Hierdoor kunnen deze springgenen (transposons) herkennen en afbreken. belangrijk, springgenen hebben de gewoonte om constant hun positie binnen het genoom te veranderen, waardoor mutaties ontstaan. Door transposons af te breken en onschadelijk te maken, piRNA's leveren een belangrijke bijdrage aan de stabiliteit van genetische informatie, vooral in planaire stamcellen. Op deze manier, wetenschappers begrijpen nu beter hoe de stamcellen van planarians de flexibiliteit behouden die nodig is om lichaamsdelen te regenereren zonder zichzelf tegelijkertijd te vernietigen.

"piRNA's hebben dit stabiliserende effect bij mensen, te, maar ze komen alleen voor in onze geslachtscellen. Planariërs, in tegenstelling tot, hebben grote aantallen piRNA's in volwassen pluripotente stamcellen, die zich gaan differentiëren en zich ontwikkelen tot verschillende weefseltypes. Planarians zijn daarom ideale modelorganismen om het werkingsmechanisme van piRNA's te onderzoeken, " zegt Dr. Claus Kuhn.

Een andere functie van piRNA's:afbraak van boodschapper-RNA's

Bovendien, de Bayreuth-onderzoekers hebben een andere functie voor SMEDWI-3 ontdekt:sommige piRNA's waaraan SMEDWI-3 bindt, richten zich vervolgens niet op springgenen, maar herkennen in plaats daarvan mRNA's. Deze moleculen, ook bekend als "messenger-RNA's, " bevatten informatie voor de synthese van eiwitten. In sommige gevallen ze worden afgebroken door de piRNA's gebonden aan SMEDWI-3, in andere gevallen zijn ze alleen gebonden door SMEDWI-3 en mogelijk zelfs beschermd tegen afbraak.

"We waren zeer verrast toen we deze extra functie van SMEDWI-3 vonden, die onafhankelijk van de afbraak van springgenen optreedt. Het lijkt mogelijk dat sommige aan SMEDWI-3 gebonden piRNA's worden gebruikt voor de afbraak van mRNA's, omdat dit de stamcellen in een stabielere staat van pluripotentie houdt. Pluripotentie zou mogelijk in gevaar kunnen komen als er te veel van een bepaald boodschapper-RNA beschikbaar is en wordt gebruikt voor eiwitsynthese. Echter, het is nog steeds onduidelijk wat het uiteindelijke doel van de binding van SMEDWI-3 aan boodschapper-RNA's is, wanneer het niet leidt tot RNA-afbraak. Dit hopen we in de toekomst te weten te komen, " zegt Iana Kim, eerste auteur van de nieuwe studie en promovendus in het laboratorium van Dr. Claus Kuhn.