ADVERTENTIE

'Centraal dogma van moleculaire biologie': moeten 'dogma's' en 'cultfiguren' een plaats hebben in de wetenschap?

WETENSCHAPPENBIOLOGIE'Centraal dogma van moleculaire biologie': moeten 'dogma's' en 'cultfiguren' een plaats hebben in de wetenschap?

''Het centrale dogma van de moleculaire biologie gaat over de gedetailleerde overdracht van residu-per-residu van opeenvolgende informatie van DNA naar eiwit via RNA. Het stelt dat dergelijke informatie unidirectioneel is van DNA naar eiwit en niet kan worden overgedragen van eiwit naar eiwit of nucleïnezuur'' (Crick F., 1970).

Stanley Miller voerde experimenten uit in 1952 en nog een in 1959 om de oorsprong van het leven in de oeraarde te begrijpen en te ontcijferen en leefde tot 2007. In zijn tijd werd DNA gezien als een belangrijk biologisch molecuul, eigenlijk het belangrijkste biologische molecuul in termen van van informatieve polymeer. Miller leek echter volledig te zijn vergeten om in zijn werken en gedachten expliciet melding te maken van 'nucleïnezuurgerelateerd informatiemolecuul'.

Een merkwaardig aspect van Millers experiment is waarom hij het zoeken naar nucleïnezuurinformatiepolymeer in vroege aardse omstandigheden miste en zich alleen concentreerde op aminozuren? Is het omdat hij geen fosfaatprecursoren heeft gebruikt, hoewel fosfor waarschijnlijk aanwezig is in primitieve vulkaanuitbarstingsomstandigheden? Of nam hij aan dat eiwit zou alleen het informatieve polymeer kunnen zijn en daarom alleen naar aminozuren gezocht? Was hij ervan overtuigd dat eiwit de basis is voor het ontstaan ​​van leven en zocht hij daarom alleen naar het bestaan ​​van aminozuren in zijn experiment of het feit dat eiwitten alle functies in het menselijk lichaam vervullen en de basis zijn van wat we fenotypisch zijn en dus meer belangrijker is dan nucleïnezuren, wat hij toen misschien dacht?

Over eiwitten en hun functionaliteit was 70 jaar geleden veel bekend en toen minder over nucleïnezuur. Omdat eiwitten verantwoordelijk zijn voor alle biologische reacties in het lichaam, vond Miller dat ze informatiedrager moesten zijn; en zocht daarom alleen in zijn experimenten naar bouwstenen van eiwitten. Het is aannemelijk dat er ook nucleïnezuurbouwstenen werden gevormd, maar deze waren in zulke sporenhoeveelheden aanwezig dat ze niet konden worden gedetecteerd vanwege een gebrek aan geavanceerde instrumenten.

DNA structuur werd een jaar later in 1953 onthuld, die een dubbele spiraalvormige structuur voor DNA voorstelde en sprak over de replicatieve eigenschap ervan. Hieruit ontstond de beroemde 'Centraal dogma of Molecular Biology' in 1970 door de beroemde wetenschapper Francis Crick!1 En wetenschappers raakten zo afgestemd op en werden overtuigd door het centrale dogma dat ze niet achterom keken naar nucleïnezuurprecursoren in primitieve aardeomstandigheden.

Het verhaal lijkt niet te eindigen bij Miller; niemand lijkt al heel lang naar nucleïnezuurprecursoren te hebben gezocht in de omstandigheden van de primitieve aarde - iets heel verrassends in deze snel veranderende fase van de wetenschap. Hoewel er meldingen zijn van de synthese van adenine in een prebiotische context2 maar significante meldingen van prebiotische synthese van nucleotideprecursoren waren afkomstig van Sutherland3 in 2009 en verder. In 2017 onderzoekers4 simuleerde vergelijkbare reducerende omstandigheden zoals gebruikt door Miller en Urey om RNA-nucleobasen te produceren met behulp van elektrische ontladingen en krachtige lasergestuurde plasma-effecten.

Als Miller eigenlijk aan eiwit had gedacht als informatiepolymeer, dan rijst de vraag: "Is eiwit echt een informatiepolymeer"? Na bijna een halve eeuw dominantie van het 'centrale dogma' krijgen we Koonins paper te zien5 van 2012 getiteld 'Staat het centrale dogma nog? Het verhaal van prion, een verkeerd gevouwen eiwit dat ziekte veroorzaakt, is daar een goed voorbeeld van. Waarom veroorzaakt het verkeerd gevouwen prioneiwit in het lichaam geen immuunrespons en/of wordt het uit het systeem geëlimineerd? In plaats daarvan begint dit verkeerd gevouwen eiwit andere eiwitten die erop lijken als "slecht" te maken, zoals het geval is bij CZD-ziekte. Waarom worden "goede" eiwitten geleid/gedicteerd door het andere "slechte" eiwit om verkeerd te worden gevouwen en waarom stopt de cellulaire machinerie dat niet? Welke informatie heeft dit verkeerd gevouwen eiwit dat wordt "overgedragen" naar andere vergelijkbare eiwitten en ze beginnen onregelmatig te werken? Verder vertonen prionen buitengewoon ongebruikelijke eigenschappen, met name buitengewone weerstand tegen behandeling die zelfs de kleinste nucleïnezuurmoleculen inactiveert, zoals hoge dosis UV-straling6. Prionen kunnen worden vernietigd door voorverwarmen bij temperaturen boven 100°C in aanwezigheid van detergentia gevolgd door enzymatische behandeling7.

Studies in gist hebben aangetoond dat prioneiwitten een ongeordend prionbepalend domein hebben dat de conformationele overgang van goed naar "slecht" eiwit veroorzaakt8. De prionconformatie vormt zich spontaan met een lage frequentie (in de orde van 10-6)9 en het overschakelen van en naar de priontoestand neemt toe onder stressomstandigheden10. Mutanten zijn geïsoleerd in heterologe priongenen, met een veel hogere frequentie van prionvorming11.

Suggereren de bovenstaande onderzoeken dat verkeerd gevouwen prion-eiwitten informatie doorgeven aan andere eiwitten en mogelijk terug naar het DNA om mutaties in de prion-genen te veroorzaken? Genetische assimilatie van prionafhankelijke fenotypische erfelijkheid suggereert dat het mogelijk is. Tot op heden is omgekeerde translatie (eiwit naar DNA) echter niet ontdekt en het lijkt zeer onwaarschijnlijk dat dit ooit zal worden ontdekt vanwege de sterke invloed van het centrale dogma en het mogelijke gebrek aan financiering voor dergelijke inspanningen. Het is echter denkbaar dat de onderliggende moleculaire mechanismen voor het kanaal van informatieoverdracht van eiwit naar DNA totaal anders zijn dan de hypothetische omgekeerde translatie en op een bepaald moment aan het licht kunnen komen. Het is een moeilijke vraag om dit te beantwoorden, maar een vrije, ongebreidelde geest van onderzoek is zeker het kenmerk van de wetenschap en trouwen met een dogma of sekte is een gruwel voor de wetenschap en heeft het potentieel om het denken van de wetenschappelijke gemeenschap te programmeren.

***

Referenties:

1. Crick F., 1970. Centraal dogma van moleculaire biologie. Natuur 227, 561-563 (1970). DOI: https://doi.org/10.1038/227561a0

2. McCollom TM., 2013. Miller-Urey en verder: wat hebben we geleerd over prebiotische organische synthesereacties in de afgelopen 60 jaar? Jaaroverzicht van aard- en planetaire wetenschappen. vol. 41:207-229 (Volume publicatiedatum mei 2013) Voor het eerst online gepubliceerd als een Review in Advance op 7 maart 2013. DOI: https://doi.org/10.1146/annurev-earth-040610-133457

3. Powner, M., Gerland, B. & Sutherland, J., 2009. Synthese van geactiveerde pyrimidine-ribonucleotiden in prebiotisch plausibele omstandigheden. Natuur 459, 239-242 (2009). https://doi.org/10.1038/nature08013

4. Ferus M, Pietrucci F, et al 2017. Vorming van nucleobasen in een Miller-Urey-reducerende atmosfeer. PNAS 25 april 2017 114 (17) 4306-4311; voor het eerst gepubliceerd op 10 april 2017. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1700010114

5. Koonin, EV 2012. Staat het centrale dogma nog steeds? Biol Direct 7, 27 (2012). https://doi.org/10.1186/1745-6150-7-27

6. Bellinger-Kawahara C, Cleaver JE, Diener TO, Prusiner SB: Gezuiverde scrapie-prionen zijn bestand tegen inactivering door UV-straling. J Virol. 1987, 61 (1): 159-166. Online beschikbaar op https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/3097336/

7. Langeveld JPM, Jeng-Jie Wang JJ, et al 2003. Enzymatische afbraak van prioneiwit in hersenstam van geïnfecteerde runderen en schapen. The Journal of Infectious Diseases, Volume 188, Issue 11, 1 december 2003, pagina's 1782-1789. DOI: https://doi.org/10.1086/379664.

8. Mukhopadhyay S, Krishnan R, Lemke EA, Lindquist S, Deniz AA: een van nature ongevouwen gistprionmonomeer neemt een ensemble van ingestorte en snel fluctuerende structuren aan. Proc Natl Acad Sci VS A. 2007, 104 (8): 2649-2654. 10.1073/pnas.0611503104..DOI:: https://doi.org/10.1073/pnas.0611503104

9. Chernoff YO, Newnam GP, Kumar J, Allen K, Zink AD: Bewijs voor een eiwitmutator in gist: rol van de Hsp70-gerelateerde chaperonne ssb in vorming, stabiliteit en toxiciteit van het [PSI] prion. Mol Cell Biol. 1999, 19 (12): 8103-8112. DOI: https://doi.org/10.1128/mcb.19.12.8103

10. Halfmann R, Alberti S, Lindquist S: Prionen, eiwithomeostase en fenotypische diversiteit. Trends Cell Biol. 2010, 20 (3): 125-133. 10.1016/j.tcb.2009.12.003.DOI: https://doi.org/10.1016/j.tcb.2009.12.003

11. Tuite M, Stojanovski K, Ness F, Merritt G, Koloteva-Levine N: Cellulaire factoren die belangrijk zijn voor de de novo vorming van gistprionen. Biochem Soc Trans. 2008, 36 (Pt 5): 1083-1087.DOI: https://doi.org/10.1042/BST0361083

***

Rajeev Sonic
Rajeev Sonichttps://www.RajeevSoni.org/
Dr. Rajeev Soni (ORCID ID: 0000-0001-7126-5864) heeft een Ph.D. in biotechnologie van de Universiteit van Cambridge, VK en heeft 25 jaar ervaring in het werken over de hele wereld in verschillende instituten en multinationals zoals The Scripps Research Institute, Novartis, Novozymes, Ranbaxy, Biocon, Biomerieux en als hoofdonderzoeker bij US Naval Research Lab in medicijnontdekking, moleculaire diagnostiek, eiwitexpressie, biologische productie en bedrijfsontwikkeling.

Schrijf je in voor onze Nieuwsbrief!

Om op de hoogte te blijven van het laatste nieuws, aanbiedingen en speciale aankondigingen.

- Advertentie -

Meest populaire artikelen

Levensduur: fysieke activiteit op middelbare en oudere leeftijd is cruciaal

Onderzoek toont aan dat langdurig lichamelijk actief zijn...

COVID-19: wat betekent de bevestiging van de luchtoverdracht van het SARS-CoV-2-virus?

Er zijn overweldigende bewijzen om te bevestigen dat de dominante...

Nieuwe Exomoon

Een paar astronomen hebben de grote ontdekking gedaan...
- Advertentie -
99,813FansLike
69,992volgersVolg
6,335volgersVolg
31abonneesAanmelden