Kronogenetikai kutatócsoport

Kutatási téma

Az eukarióta cirkadián órák valójában oszcilláló génhálózatok, amelyekben az elsődleges ritmus az óragének transzkripciójának szintjén alakul ki, majd több kiegészítő szabályozó mechanizmus közreműködésével állítódik kb. 24 órás periódusra (1. ábra). Ez az alap-oszilláció, mint egyfajta karmester, számos életfolyamat megjelenését szabályozza olyan módon, hogy azok az arra legmegfelelőbb napszakban történjenek. Belátható, hogy az óra biológiai szerepét akkor tudja betölteni, ha a nappalok és éjszakák váltakozásával összhangban működik, és a periódusa közelíti a Föld forgásából adódó 24 órát.

A modern növénybiológia modellnövényén (Arabidopsis thaliana, lúdfű) végzett kutatásaink során azonosítottuk azokat a fényérzékelő fehérjéket (fotoreceptorok), amelyek a környezetből származó szinkronizáló fényt érzékelik, és leírtuk azokat a transzkripciós faktorokat, amelyek e fotoreceptoroktól származó jeleket közvetlenül az óragének kifejeződésének szintjére továbbítják, vagyis megteremtik az összhangot az óra és a környezet között.

Egy sikeres mutáns szűrés során azonosítottunk két olyan mutációt két génben, amelyek eddig ismeretlen periódust szabályozó mechanizmusok létére utalnak. Az első gén egy ubikvitin proteázt (UBP12) kódol, amely ubikvitint távolít el fehérjékről, többek között órafehérjékről is. Az általunk azonosított mutáció vizsgálata arra utal, hogy a proteáz órafehérjékre gyakorolt hatását a proteáz foszforiláltsági állapota határozza meg. Ezt a hipotézist olyan mesterséges változatok előállításával és vizsgálatával teszteljük, amelyek foszforilált vagy nem foszforilált állapotban rögzültek. Az UBP12 homológjai megtalálhatóak állati rendszerekben is, ahol szintén részt vesznek az óra szabályozásában. Ezért terveink között szerepel annak tesztelése is, hogy a foszforiláció növényekben és állatokban is hasonlóan szabályozza-e az ubikvitin proteáz cirkadián funkcióját.

A másik fehérje egy érdekes szerkezetű protein, amely egy általános kölcsönható felszínt reprezentáló motívumot tartalmaz az N-terminális végen, míg a megtalált mutáció egy egyelőre ismeretlen funkciójú domént azonosít a C-terminálison. Célunk ennek a funkciónak a minél részletesebb feltárása a fehérje által közvetlenül vagy közvetve szabályozott/érintett óragének és egyéb gének meghatározása, és a reguláció mechanizmusának leírása által.

Folyamatosan fejlesztett kutatási eszközeink és módszereink a modern molekuláris biológia számos területét lefedik (génkifejeződés meghatározása, genetikai térképezés, gén izolálás/módosítás, cirkadián-szabályozott lumineszcens riporterek alkalmazása transzgenikus élőlényekben)(2. ábra), így az általuk szerzett tudás és tapasztalat nagyon sokféle és egyéb modell-szervezeteket célzó kutatási téma művelésekor is kamatoztatható.

A cirkadián óra segíti a növények optimális növekedését azáltal, hogy alapvető folyamatokat elrendez a nap során. Belátható, hogy jelenleg zajló drámai mértékű és sebességű klímaváltozás olyan új napi elrendezését igényelné ezeknek a folyamatoknak, amelyet a szelekció alapján változó óra nem képes követni. Ilyen körülmények között, az óra működésének és a környezettel való kapcsolatának részletes ismerete fontos és értékes eszköz lehet az agrárium innovációja szempontjából.