Idas, μια νέα πρωτεΐνη συγγενική του ρυθμιστή του κυτταρικού κύκλου Geminin
Authors: Πεφάνη Ελευθερία-Δάφνη 
Published: August 2021

Η Geminin είναι μία πρωτεΐνη με διττό ρόλο καθώς συμμετέχει τόσο στον κυτταρικό κύκλο όσο και την κυτταρική διαφοροποίηση. Στον κυτταρικό κύκλο αλληλεπιδρά και απενεργοποιεί τον παράγοντα αδειοδότησης της αντιγραφής Cdt1, εξασφαλίζοντας με αυτόν τον τρόπο ότι το γονιδίωμα θα αντιγραφεί μόνο μια φορά κατά τη διάρκεια κάθε κυτταρικού κύκλου. Ο ρόλος της Geminin στην κυτταρική διαφοροποίηση εγκαθιδρύεται από πρωτεϊνικές αλληλεπιδράσεις με μεταγραφικούς παράγοντες και παράγοντες αναδιάταξης της χρωματίνης. Έχει προταθεί ότι η Geminin, μέσα από ανταγωνιστικές αλληλεπιδράσεις, δρα σαν ρυθμιστής της κυτταρικής απόφασης για πολλαπλασιασμό ή διαφοροποίηση. Βασικό δομικό χαρακτηριστικό της Geminin αποτελεί ένα κεντρικά τοποθετημένο σπειροειδές σπείραμα το οποίο είναι απαραίτητο για τις περισσότερες αλληλεπιδράσεις της Geminin. Στην παρούσα εργασία περιγράφουμε τη λειτουργία μιας νέας πρωτεΐνης με σημαντική ομολογία για το σπειροειδές σπείραμα της Geminin, την οποία ονομάσαμε Idas (Ξάδελφος των Διόσκουρων (Gemini) στην αρχαία ελληνική μυθολογία). Από προηγούμενες μελέτες μας γνωρίζαμε ότι ο Idas αλληλεπιδρά με τη Geminin και όχι με το Cdt1, σε επίπεδο εξωγενώς εκφραζόμενων πρωτεϊνών. Δείχτηκε ότι η ενδογενής Geminin και ο ενδογενής Idas αλληλεπιδρούν στα κύτταρα και χαρακτηρίστηκε η λειτουργική δράση του συμπλόκου Geminin:Idas κατά την αντιγραφή του DNA. Χρησιμοποιώντας ένα ελεύθερο κυττάρων σύστημα αδειοδότησης στο Xenopus δείχθηκε ότι όταν ο Idas είναι σε σύμπλοκο με τη Geminin, η Geminin χάνει την ανασταλτική της δράση επί της αντιγραφής του γενετικού υλικού. Η ανασταλτική δράση του Idas επί της Geminin φάνηκε και σε πειράματα in vivo σε κυτταρικές σειρές, στα οποία η υπερέκφραση του Idas οδηγεί σε υπερδιπλασιασμό του γενετικού υλικού, φαινότυπος ο οποίος διασώζεται από ταυτόχρονη υπερέκφραση της Geminin. Για τον καλύτερο χαρακτηρισμό της δράσης του Idas κατά τη διάρκεια του κυτταρικού κύκλου, έγινε απoσιώπηση της έκφρασης του σε κύτταρα σε καλλιέργεια. Απουσία έκφρασης του Idas παρεμποδίζεται η πρόοδος του κυτταρικού κύκλου καθώς αυξάνεται σημαντικά ο πληθυσμός των κυττάρων που βρίσκονται σε φάση S. Τα κύτταρα στα οποία απενεργοποιείται η έκφραση του Idas αδυνατούν να ολοκληρώσουν ορθά τη φάση S και να προχωρήσουν στη μίτωση και τη G1 που ακολουθεί. Επιπλέον, μελετήθηκε η έκφραση του Idas κατά τη διάρκεια του κυτταρικού κύκλου με τη χρήση μίας σταθερά διαμολυσμένης κυτταρικής σειράς. Βρέθηκε ότι τα πρωτεϊνικά επίπεδα του Idas μειώνονται κατά την ανάφαση της μίτωσης και επανέρχονται νωρίς με την είσοδο στη G1. H σημασία του Idas για τη σωστή διέλευση από τη μίτωση φαίνεται από πειράματα υπερέκφρασής του στα οποία παρατηρείται αυξημένος αριθμός κυττάρων με ανώμαλου σχήματος πολύ-πολικές μιτωτικές ατράκτους. Στην προσπάθεια για εύρεση και άλλων πρωτεϊνών με ομολογία για τoν Idas και τη Geminin, εντοπίσαμε ένα νέο γενετικό τόπο ο οποίος κωδικοποιεί για μία πρωτεΐνη που αποτελεί το κοντινότερο παράλογο του Idas στα σπονδυλωτά καθώς μοιράζεται δύο περιοχές ομολογίας με τον Idas, στο σπειροειδές σπείραμα και στο καρβολυτελικό άκρο των πρωτεϊνών. Λόγω αυτής της ομοιότητας ονομάσαμε την πρωτεΐνη Lynkeas (Δίδυμος αδελφός του Idas στην αρχαία ελληνική μυθολογία). Ο Lynkeas αλληλεπιδρά με τον Idas και τη Geminin αλλά όχι με το Cdt1. Τα παραπάνω δεδομένα προτείνουν ότι ισορροπημένες αλληλεπιδράσεις μεταξύ των Geminin, Idas και Lynkeas είναι πιθανό να ρυθμίζουν χρονικά την πυροδότηση των αφετηριών της αντιγραφής. Παράλληλα με τη μελέτη της δράσης του Idas στον κυτταρικό κύκλο έγινε μελέτη της πιθανής εμπλοκής του στη διαφοροποίηση με τη χρήση οργανισμών μοντέλων. Για το σκοπό αυτό μελετήθηκε το πρότυπο έκφρασής του σε τομές εμβρύων μυός και συγκρίθηκε με αυτό του παραλόγου του Lynkeas. Oι Ιdas και Lynkeas εμφανίζουν ένα ειδικό και σημαντικά αλληλεπικαλυπτόμενο πρότυπο έκφρασης σε αναπτυσσόμενα κροσσωτά επιθήλια όπως το αναπνευστικό και του χοριοειδούς πλέγματος, μαρτυρώντας την πιθανή εμπλοκή τους στη διαφοροποίησή τους. Προκαταρκτικές μελέτες του Idas έγιναν και σε άλλα συστήματα και οργανισμούς μοντέλα. Σε ολικά πρωτεϊνικά εκχυλίσματα από αυγά Xenopus επιβεβαιώθηκε η αλληλεπίδραση του Ιdas με τη Geminin. Επίσης, εντοπίστηκε και μελετήθηκε η έκφραση του ορθολόγου του Idas στον ιχθύ Danio rerio. Τέλος, έμβρυα Danio rerio χρησιμοποιήθηκαν σαν ετερόλογο σύστημα για προκαταρκτική μελέτη in vivo της υπερέκφρασης ανθρώπινης πρωτεΐνης Idas και μεταλλαγμένων μορφών αυτής. Τα παραπάνω αποτελέσματα μαρτυρούν ότι η Geminin, o Idas και o Lynkeas ανήκουν σε μία υπεροικογένεια η οποία αποτελείται από πρωτεΐνες με όμοια σπειροειδή σπειράματα. Τα μέλη της υπεροικογένειας της Geminin, μέσα από ισορροπημένες αλληλεπιδράσεις συμμετέχουν στη ρύθμιση τόσο του κυτταρικού κύκλου όσο και της κυτταρικής διαφοροποίησης και πιθανά στο συντονισμό αυτών των δύο διαδικασιών.