Już w 1938 roku  Geitler dokonał odkrycia specyficznego procesu, przypominającego mitotyczny cykl komórkowy. Był on nietypowy, ponieważ następowała w nim replikacja DNA, ale nie dochodziło nigdy do utworzenia dwóch komórek potomnych. Dziś zjawisko to jest już dobrze poznane, choć istnieją jeszcze pewne nieścisłości, co do składników molekularnych zaangażowanych w proces. Opisywane zjawisko nazwano endocyklem bądź endoreplikacją, by podkreślić jego wewnątrzkomórkowy, bezpodziałowy charakter i zachodzące cyklicznie rundy syntezy materiału genetycznego.

Endoreplikacja została odnaleziona w wielu gatunkach eukariotycznych, jednak jej funkcja różni się znacząco u zwierząt i roślin. Endocykle odpowiadają np. za poliploidalność tkanek u Drosophila melanogaster. Endoreplikację odnotowano także podczas regeneracji komórek wątroby lub w poliploidalnych megakariocyty człowieka. Niestety u większości gatunków kręgowców, endoreplikacja, jeśli występuje, odpowiada głównie za kancerogenezę.

U roślin, przeciwnie, endocykle są powszechne i pełnią znaczące role we wzroście i rozwoju. Najbardziej interesującą i jednocześnie oczywistą funkcją endoreplikacji jest powielanie puli genów. Zwielokrotniona liczba genów pozwala na przeprowadzenie transkrypcji tego samego genu w wielu miejscach genomu jednocześnie. Tym samym efektywniejsza jest jego translacja. W rezultacie komórka posiada większe ilości produktu białkowego otrzymane w krótszym czasie. Białka tak wytworzone mogą być potrzebne np. do obrony przed patogenem lub w czasie zmiennych warunków środowiska. Taki zakres wpływu endoreplikacji skutkuje wzmożoną żywotnością pojedynczej komórki i całego organizmu. Dodatkowo w cyklu życia komórki nie dochodzi do jej podziału, więc kumuluje ona białka i składniki budulcowe. Komórki o zwiększonej ploidalności są zazwyczaj większe, co skutkuje rozrośnięciem organu bez utraty energii potrzebnej do podziałów i budowy nowych organelli. Endoreplikacja czasem działa wybiórczo, tzn. amplifikuje jedynie niektóre geny, lub pomija część materiału genetycznego w czasie jego powielania. W rezultacie dochodzi do zwiększenia ekspresji genów odpowiadających za lepszy smak owoców lub intensywniejsza barwę i zapach kwiatów. Jest to proces naturalnie zachodzący i czasami warunkujący atrakcyjność rośliny na tle innych odmian.

Wydaje się więc, że ciekawym sposobem otrzymania roślin zdrowych i bogatych w pożądane cechy byłaby biotechnologiczna ingerencja polegająca na stymulacji endoreplikacji. Stymulacja taka musiałaby zajść za pomocą indukcji ekspresji genów kodujących elementy maszynerii przełączenia klasycznego cyklu komórkowego na endocykl w określonym etapie rozwoju rośliny. Ponadto indukujący wpływ na składniki endocykliczne wykazuje m.in.kwas giberelinowy czy etylen, a więc substancje powszechnie obecne w komórkach roślinnych, nietoksyczne dla roślin, człowieka i środowiska. Być może połączenie sił biotechnologów i biochemików pozwoliłoby na zastosowanie, pod kontrolą, przebiegającego naturalnie procesu w uzyskaniu szybkiego przyrostu biomasy np. roślin ważnych dla rolnictwa. Działania upowszechniające zachodzenie endoreplikacji zapewniłyby dostęp do bardziej wydajnych produktów roślinnych o lepszej jakości. Być może takie rośliny nie będą budziły tylu kontrowersji, co genetycznie modyfikowane organizmy, a stymulacja występowania endocykli w połączeniu z technikami immunizacji roślin pozwoli ograniczyć stosowanie nawozów i środków ochrony roślin przed szkodnikami i patogenami.

Izabela Kołodziejczyk

Źródła:
Edgar BA, Orr-Weaver TL (2001) Endoreplication cell cycles: more or less. Cell 105: 297-306;

Inze D, De Veylder L (2006) Cell cycle regulation in plant development. Annu Rev Genet 40: 77-105;

http://www.science.gov/topicpages/e/endoreplication+controls+cell.html