Siden sidst: En gennemsnitlig periode

Siden sidst dækker foråret 2003, fra ca. februar til maj. Den DNA damage-interesserede er blevet holdt jævnt til ilden af outputtet fra Kræftens Bekæmpelse, men ellers ligner perioden til forveksling gennemsnittet. Vi lægger ud med en type genomarbejde, man nok kan forvente at se gentaget i mange afskygninger den kommende tid.

Gærgenomets historie

Yeast genome duplication was followed by asynchronous differentiation of duplicated genes

Nature 421: 848-852, 2003
RB Langkjær, PF Cliften, M Johnston, J Pirkur, DTU; Washington University, USA.

Analyse af en flere fuldt eller delvist sekventerede genomer har vist at en række organismer, heriblandt mennesker, bagegær (S. cerevisiae) og gåsemad (A. thaliana), har store segmenter af deres genomer, der består af delvist duplikerede sekvenser. Det har dog været uvist hvornår og hvordan duplikationerne er opstået. Genduplikation er et godt udgangspunkt for at nye eller specialiserede funktioner kan opstå; f.eks. kan det ene af et par kan varetage den "gamle" funktion mens det andet gen kan udvikles til at forestå nye funktioner. Det er derfor vigtigt at forstå mekanismerne og tidspunkterne for genduplikationerne for at forstå hvordan nye egenskaber opstår under evolutionen. Et problem i sådanne studier er at den redundans, der opstår som følge af en duplikation, giver mulighed for store ændringer i sekvens eller evt. deletion af genet. Et andet problem i at undersøge historien bag genom udviklingen er at det er utroligt svært at komme med præcise bud på hvornår forskellige species er splittet op fra hinanden under evolutionen. Det betyder, at hvis man forsøger at estimere divergenstidspunktet for par af gener får man en bred fordeling af tidspunkter, hver især påhæftet en stor usikkerhed. For at komme omkring dette problem benytter gruppen fra DTU et trick, analogt til den velkendte "interne standard" der ofte benyttes i biokemiske målinger, hvormed de i stedet for at at bestemme det absolutte tidspunkt for duplikation forsøger at bestemme et relativt tidspunkt. For at bestemme disse tidspunkter udvælger de fem andre gærspecies, der varierer i graden af slægtskab med cerevisae. Derefter bestemmer de sekvenser for gener i disse fem arter der er homologe til duplikerede gener i cerevisae, enten via database søgning eller de novo sekventering. Endeligt undersøger de om en given homolog fra en given af de fem gær arter (gær-X) udviser større sekvenslighed til det ene af de to cerevisae gener end de to cerevisae gener har med hinanden. Eller sagt på en anden måde: de undersøger om sekvensligheden mellem gær-X genet og et af de to cerevisae gener falder mellem eller udenfor ligheden mellem parret af cerevisae gener. Hvis det falder imellem tyder det på at duplikationen er opstået før gær-X og cerevisae divergerede, mens det omvendte gælder hvis de to cerevisae gener er mere lig hinanden end med det homolog gær-X gen. Disse sammenligninger foretages for en række par af cerevisae gener og de fem forskellige gær-X species og viser at genom strukturen i cerevisae kan forklares ved en enkelt genom duplikation for ca. 150 Myr siden, der sidenhen er fulgt af differentiering af det nyopståede par af gener. Deres data viser yderligere, at den yderligere separation af species der skete efter duplikationen er foregået så "hurtigt" at ikke alle par af gener er differentieret i deres funktion ligeligt i alle species.

Med deres kombination af phylogenetiske og genetiske metoder har DTU-gruppen været med til at udvikle en ny metode til at undersøge overordnede strukturer i komplicerede genomer. En tilsvarende artikel, publiceret i samme nummer af Nature, anvender metoden på A. thaliana og påviser at dennes genom sandsynligvis er opstået efter flere på hinanden chromosomale duplikationer under evolutionen. Udover den teoretiske gevinst i at forstå hvordan genomer har udviklet sig beskriver forskerne også de praktiske implikationer af duplikationen i gær. Meget tyder nemlig på at duplikationen i gær har været udgangspunktet for at Saccharomyces sidenhen har kunnet udvikle sin metabolisme således at den kan gro under anaerobe betingelser. Det ekstra sæt gener har givet evolutionen ekstra spillerum til at udvikle en mere kompliceret og varieret metabolisme. Det bliver interessant at se om lignende konklusioner i højere eukaryoter kan uddrages på tilsvarende vis.

Andre artikler

Distinct spatiotemporal dynamics of mammalian checkpoint regulators induced by DNA damage

Nature Cell Biology 5 (2003): 255-60
C Lukas, J Falck, J Bartkova, J Bartek, J Lukas. Kræftens Bekæmpelse.

Two crystal structures demonstrate large conformational changes in the eukaryotic ribosomal translocase

Nature Structural Biology 10 (2003): 379-385.
R Jørgensen, PA Ortiz, A Carr-Schmid, P Nissen, TG Kinzy, GR Andersen. Aarhus Universitet; The Cancer Institute of New Jersey, USA.

Chk1 regulates the S phase checkpoint by coupling the physiological turnover and ionizing radiation-induced accelerated proteolysis of Cdc25A

Cancer Cell 3 (2003): 247-258.
CS Sørensen, RG Syljuåsen, J Falck, T Schroeder, L Rönnstrand, KK Khanna, B-B Zhou, J Bartek, J Lukas. Kræftens Bekæmpelse; Ludwig Institute for Cancer Research, Uppsala, Sweden;The Queensland Institute of Medical Research, Brisbane, Australia; Incyte Genomics, USA.

Human Tousled like kinases are targeted by an ATM- and Chk1-dependent DNA damage checkpoint

EMBO J. 22 (2003): 1676-1687.
A Groth, J Lukas, EA Nigg, HHW Silljé, C Wernstedt, J Bartek, K Hansen. Kræftens Bekæmpelse; Max Planck Institute for Biochemistry, Martinsried, Germany; Ludwig Institute for Cancer Research, Uppsala, Sweden.

Role of SeqA and Dam in Escherichia coli gene expression: A global/microarray analysis

PNAS 100 (2003): 4672-4677.
A Løbner-Olesen, MG Marinus, FG Hansen. Roskilde Universitetscenter; DTU; University of Massachusetts Medical School, USA.

Phosphatidylinositol 4-kinase serves as a metabolic sensor and regulates priming of secretory granules in pancreatic b-cells

PNAS 100 (2003): 5187-5192.
HL Olsen, M Høy, W Zhang, AM Bertorello, K Bokvist, K Capito, AM Efanov, B Meister, P Thams, S-N Yang, P Rorsman, P-O Berggren, J Gromada. Novo Nordisk A/S; Karolinska Institutet, Sweden; Københavns Universitet; Lund University

Unbiased quantitative proteomics of lipid rafts reveals high specificity for signaling factors

PNAS 100 (2003): 5813-5818.
LJ Foster, CL de Hoog, M Mann. Syddansk Universitet, Odense.

TRAP230/ARC240 and TRAP240/ARC250 Mediator subunits are functionally conserved through evolution

PNAS 100 (2003): 6422-6427.
CO Samuelsen, V Baraznenok, O Khorosjutina, H Spåhr, T Kieselbach, S Holmberg, CM Gustafsson. Københavns Universitet; Karolinska Instituttet, Sverige.

Assembly of high-affinity insulin receptor agonists and antagonists from peptide building blocks

PNAS 100 (2003): 4435-4439.
L Schäffer, RE Brissette, JC Spetzler, RC Pillutla, S Østergaard, M Lennick, J Brandt, PW Fletcher, GM Danielsen, K-C Hsiao, AS Andersen, O Dedova, U Ribel, T Hoeg-Jensen, PH Hansen, AJ Blume, J Markussen, NI Goldstein. Novo Nordisk A/S, DGI BioTechnologies, USA.