WERBUNG

„Zentrales Dogma der Molekularbiologie“: Sollten „Dogmen“ und „Kultfiguren“ einen Platz in der Wissenschaft haben?

WISSENSCHAFTENBIOLOGIE„Zentrales Dogma der Molekularbiologie“: Sollten „Dogmen“ und „Kultfiguren“ einen Platz in der Wissenschaft haben?

''Das zentrale Dogma der Molekularbiologie beschäftigt sich mit der detaillierten Übertragung sequenzieller Informationen von DNA zu Protein über RNA. Darin heißt es, dass solche Informationen unidirektional von DNA zu Protein sind und nicht von Protein auf Protein oder Nukleinsäure übertragen werden können“ (Crick F., 1970).

Stanley Miller führte 1952 und 1959 weitere Experimente durch, um die Ursprünge des Lebens in der ursprünglichen Erdumgebung zu verstehen und zu entschlüsseln und lebte bis 2007. Während seiner Zeit wurde die DNA als ein wichtiges biologisches Molekül verstanden, eigentlich das wichtigste biologische Molekül in Bezug auf von Informationspolymer. Miller schien es jedoch völlig versäumt zu haben, in seinen Werken und Gedanken ausdrücklich das „Nukleinsäure-bezogene Informationsmolekül“ zu erwähnen.

Ein merkwürdiger Aspekt von Millers Experiment ist, warum er es versäumte, unter den Bedingungen der frühen Erde nach Nukleinsäure-Informationspolymeren zu suchen, und sich nur auf Aminosäuren konzentrierte. Liegt es daran, dass er keine Phosphatvorläufer verwendet hat, obwohl Phosphor wahrscheinlich unter primitiven Vulkanausbruchsbedingungen vorhanden ist? Oder hat er das angenommen Protein konnte nur das Informationspolymer sein und suchte daher nur nach Aminosäuren? War er davon überzeugt, dass Protein die Grundlage für die Entstehung des Lebens ist und suchte daher in seinem Experiment nur nach der Existenz von Aminosäuren oder der Tatsache, dass Proteine ​​alle Funktionen im menschlichen Körper erfüllen und die Grundlage dessen sind, was wir phänotypisch sind und somit mehr sind? wichtiger als Nukleinsäuren, was er damals vielleicht gedacht hätte?

Vor 70 Jahren war viel über Proteine ​​und deren Funktionalität bekannt, über Nukleinsäuren damals noch weniger. Da Proteine ​​für alle biologischen Reaktionen im Körper verantwortlich sind, dachte Miller daher, dass sie Informationsträger sein sollten; und suchte daher nur in seinen Experimenten nach Proteinbausteinen. Es ist plausibel, dass auch Nukleinsäurebausteine ​​gebildet wurden, die jedoch in solchen Spurenmengen vorhanden waren, die mangels ausgeklügelter Instrumentierung nicht nachgewiesen werden konnten.

DNA Ein Jahr später, 1953, wurde eine Struktur enthüllt, die eine Doppelhelixstruktur für die DNA vorschlug und über ihre Replikationseigenschaft sprach. Daraus entstand das berühmte 'Zentrales Dogma of Molecular Biology' im Jahr 1970 von dem berühmten Wissenschaftler Francis Crick!1 Und die Wissenschaftler haben sich so auf das zentrale Dogma eingestellt und davon überzeugt, dass sie unter primitiven Erdbedingungen nicht nach Nukleinsäurevorläufern zurückgeschaut haben.

Die Geschichte scheint nicht mit Miller zu enden; Lange Zeit scheint niemand nach Nukleinsäure-Vorläufern unter primitiven Erdbedingungen gesucht zu haben – etwas sehr Überraschendes in dieser schnelllebigen Phase der Wissenschaft. Obwohl es Berichte über die Synthese von Adenin in einem präbiotischen Kontext gibt2 bedeutende Berichte über die präbiotische Synthese von Nukleotidvorläufern stammen jedoch von Sutherland3 2009 und später. 2017 Forscher4 simulierten ähnliche Reduktionsbedingungen, wie sie von Miller und Urey zur Herstellung von RNA-Nukleobasen unter Verwendung elektrischer Entladungen und lasergetriebener Hochleistungsplasmaeinschläge verwendet wurden.

Hätte Miller Protein eigentlich als Informationspolymer gedacht, dann stellt sich die Frage: „Ist Protein wirklich ein Informationspolymer“? Nach fast einem halben Jahrhundert der Dominanz des „zentralen Dogmas“ sehen wir Koonins Papier5 von 2012 mit dem Titel „Steht das zentrale Dogma noch? Die Geschichte von Prion, einem falsch gefalteten Protein, das Krankheiten verursacht, ist ein typisches Beispiel. Warum löst das fehlgefaltete Prionprotein im Körper keine Immunantwort aus und/oder wird aus dem System eliminiert? Stattdessen beginnt dieses fehlgefaltete Protein, andere ähnliche Proteine ​​​​so "schlecht" zu machen, wie es bei der CZD-Krankheit der Fall ist. Warum werden „gute“ Proteine ​​von den anderen „schlechten“ Proteinen angeleitet/diktiert, falsch gefaltet zu werden und warum stoppt die zelluläre Maschinerie das nicht? Welche Informationen hat dieses fehlgefaltete Protein, die auf andere ähnliche Proteine ​​"übertragen" werden und diese beginnen, sich unregelmäßig zu verhalten? Darüber hinaus zeigen Prionen äußerst ungewöhnliche Eigenschaften, insbesondere eine außerordentliche Resistenz gegenüber einer Behandlung, die selbst kleinste Nukleinsäuremoleküle wie hochdosierte UV-Bestrahlung inaktiviert6. Prionen können durch Vorwärmen auf Temperaturen über 100 °C in Gegenwart von Detergenzien und anschließende enzymatische Behandlung zerstört werden7.

Studien an Hefe haben gezeigt, dass Prionenproteine ​​eine ungeordnete prionenbestimmende Domäne besitzen, die ihren Konformationsübergang vom guten zum „schlechten“ Protein auslöst8. Die Prionenkonformation bildet sich spontan mit einer niedrigen Frequenz (in der Größenordnung von 10-6)9 und der Wechsel in den und aus dem Prionenzustand nimmt unter Stressbedingungen zu10. Mutanten wurden in heterologen Prion-Genen isoliert, mit einer viel höheren Häufigkeit der Prionenbildung11.

Legen die obigen Studien nahe, dass fehlgefaltete Prionproteine ​​Informationen an andere Proteine ​​weitergeben und möglicherweise zurück zur DNA, um Mutationen in den Prion-Genen auszulösen? Die genetische Assimilation der Prionen-abhängigen phänotypischen Vererbung deutet darauf hin, dass dies möglich sein könnte. Bis heute wurde die umgekehrte Translation (Protein zu DNA) jedoch nicht entdeckt und scheint aufgrund des starken Einflusses des zentralen Dogmas und des potenziellen Mangels an Finanzierung für solche Bemühungen höchst unwahrscheinlich, dass sie jemals entdeckt wird. Es ist jedoch denkbar, dass die zugrunde liegenden molekularen Mechanismen für den Kanal der Informationsübertragung vom Protein zur DNA völlig andere sind als die der hypothetischen Rückübersetzung und irgendwann ans Licht kommen. Es ist schwer, diese Frage zu beantworten, aber freier, uneingeschränkter Forschergeist ist sicherlich das Markenzeichen der Wissenschaft, und die Heirat mit einem Dogma oder einer Sekte ist der Wissenschaft ein Gräuel und hat das Potenzial, das Denken der wissenschaftlichen Gemeinschaft zu programmieren.

***

References:

1. Crick F., 1970. Zentrales Dogma der Molekularbiologie. Nature 227, 561–563 (1970). DOI: https://doi.org/10.1038/227561a0

2. McCollom TM., 2013. Miller-Urey and Beyond: Was haben wir in den letzten 60 Jahren über präbiotische organische Synthesereaktionen gelernt? Jährliche Überprüfung der Erd- und Planetenwissenschaften. vol. 41:207-229 (Banderscheinungsdatum Mai 2013) Erstmals online als Review in Advance veröffentlicht am 7. März 2013. DOI: https://doi.org/10.1146/annurev-earth-040610-133457

3. Powner, M., Gerland, B. & Sutherland, J., 2009. Synthese von aktivierten Pyrimidin-Ribonukleotiden in präbiotisch plausiblen Bedingungen. Natur 459, 239–242 (2009). https://doi.org/10.1038/nature08013

4. Ferus M, Pietrucci F, et al 2017. Bildung von Nukleobasen in einer reduzierenden Miller-Urey-Atmosphäre. PNAS 25. April 2017 114 (17) 4306-4311; Erstveröffentlichung 10. April 2017. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1700010114

5. Koonin, EV 2012. Steht das zentrale Dogma noch?.Biol Direct 7, 27 (2012). https://doi.org/10.1186/1745-6150-7-27

6. Bellinger-Kawahara C, Cleaver JE, Diener TO, Prusiner SB: Gereinigte Scrapie-Prionen widerstehen einer Inaktivierung durch UV-Bestrahlung. J Virol. 1987, 61(1): 159-166. Online verfügbar am https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/3097336/

7. Langeveld JPM, Jeng-Jie Wang JJ, et al. 2003. Enzymatic Degradation of Prion Protein in Brain Stem from Infected Cattle and Sheep. The Journal of Infectious Diseases, Band 188, Ausgabe 11, 1. Dezember 2003, Seiten 1782–1789. DOI: https://doi.org/10.1086/379664.

8. Mukhopadhyay S, Krishnan R, Lemke EA, Lindquist S, Deniz AA: Ein nativ entfaltetes Hefe-Prionmonomer nimmt ein Ensemble kollabierter und schnell fluktuierender Strukturen an. Proc Natl Acad Sci US 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: Beweise für einen Proteinmutator in Hefe: Rolle des Hsp70-verwandten Chaperons ssb bei der Bildung, Stabilität und Toxizität des [PSI]-Prions. 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, Proteinhomöostase und phänotypische Diversität. Trends Zellbiol. 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: Zelluläre Faktoren, die für die de novo Bildung von Hefeprionen wichtig sind. Biochem Soc Trans. 2008, 36 (Pt 5): 1083-1087.DOI: https://doi.org/10.1042/BST0361083

***

Rajeev Soni
Rajeev Sonihttps://www.RajeevSoni.org/
Dr. Rajeev Soni (ORCID ID: 0000-0001-7126-5864) hat einen Ph.D. in Biotechnologie von der University of Cambridge, UK, und verfügt über 25 Jahre Erfahrung in der weltweiten Arbeit in verschiedenen Instituten und multinationalen Unternehmen wie The Scripps Research Institute, Novartis, Novozymes, Ranbaxy, Biocon, Biomerieux und als leitender Forscher im US Naval Research Lab in der Wirkstoffforschung, Molekulardiagnostik, Proteinexpression, biologischen Herstellung und Geschäftsentwicklung.

ABONNIEREN SIE UNSEREN NEWSLETTER

Aktualisierung mit den neuesten Nachrichten, Angeboten und Sonderankündigungen.

- Werbung -

Beliebteste Artikel

Eine einzigartige Pille zur Behandlung von Typ-2-Diabetes

Eine temporäre Beschichtung, die die Wirkung von Magenschleimhaut nachahmt...

Status des universellen COVID-19-Impfstoffs: Ein Überblick

Die Suche nach einem universellen COVID-19-Impfstoff, der gegen alle...

Nachhaltige Landwirtschaft: Wirtschaftlicher und ökologischer Schutz für Kleinbauern

Ein kürzlich veröffentlichter Bericht zeigt eine Initiative für nachhaltige Landwirtschaft in...
- Werbung -
99,738FansLike
69,696VerfolgerFolgen
6,319VerfolgerFolgen
31AbonnentenAbonnieren