Egy rendkívül nagyszabású kutatómunka első komolyabb eredményeit jelentették be a múlt héten a Nature tudományos folyóiratban. Azt követően, hogy az emberi genetikai állomány - a genom - pontos bázissorrendje már csaknem egy évtizede ismert, most a genetikai állomány funkcionális, azaz biokémiai aktivitással bíró elemeiről is készült egy hatalmas adatbázis.
Friss híreink:
Az emlőrák genetikája
A hasnyálmirigyrák egyharmadát nem mutatják meg a vizsgálatok
A tüdőrák korai diagnózisa
A halból és a dióból származó zsírsavak csökkenthetik az emlőrák kockázatát
Háttéranyagaink:
Az elmúlt hét legfontosabb tudományos bejelentése egyértelműen az ENCODE (Encyclopedia of DNA Elements, vagyis a "funkcióval" bíró DNS-szakaszok) adatainak nyilvánosságra hozatala volt. A sajtóban megjelent beszámolók csaknem mindegyike - nem véletlenül - azt emelte ki, hogy kiderült: örökítőanyagunk, a DNS nagy része korántsem tekinthető "szemét-DNS"-nek, ahogyan korábban nevezték, hanem igenis aktív szerepet tölt be a génműködés szabályzásában.
A "szemét-DNS" (angolul "junk DNA") elnevezéssel az örökítőanyag azon részeit illették, amelyeknek eleinte nem volt ismert a funkciója. A Humán Genom Projekt során - amelyben a teljes emberi DNS bázissorrendjét határozták meg - ugyanis az derült ki, hogy a genomnak csak kevesebb mint 3%-a áll olyan génekből, amelyek a fehérjék előállításáért felelősek. A DNS maradék részéről - vagyis több milliárd bázispárról - azonban nem lehetett pontosan tudni, hogy milyen szerepet tölt be életfolyamataink irányításában.
Genetikai állományunk nem egyszerűen a génjeink összessége
Az iménti mondat állítása részben még mindig igaz, hiszen a genom DNS-szakaszainak pontos funkciója sok esetben továbbra sem ismert. Az viszont biztossá vált, hogy a genom csaknem 80%-ának van valamilyen funkciója, összességében pedig a genom 20%-áról tudják pontosan, hogy mi ez a funkció. (A két százalékos arány között igen nagy az eltérés, ez a szám azonban annak a függvénye, hogy mit tekintünk "funkcionálisnak": a kutatás eredményeit bemutató sajtóközleményekben és a Nature összefoglaló cikkének kivonatában is a 80%-ot hangsúlyozták a szerzők, ami alatt azt értik, hogy a genom ezen szakaszainak van valamilyen specifikus biokémiai aktivitása. Részletesebben lásd a munkát koordináló bioinformatikus, Ewan Birney blogbejegyzését.)
Egyértelműen beigazolódott tehát - amit egyébként már eddig is sejteni lehetett - hogy a korábban "szemét-DNS"-nek nevezett örökítőanyag-részek mind rendelkeznek valamilyen, vagy már ismert, vagy a jövőben feltárandó funkcióval. Ilyen funkció lehet például az egyes DNS-szakaszok közreműködése a génműködés szabályzásában, vagyis annak meghatározása, hogy egy fehérjekódoló gén mikor lesz bekapcsolt, avagy kikapcsolt állapotban. Ettől függ többek között az, hogy miért lesz az egyik sejtünkből vesesejt, míg egy másikból idegsejt, annak ellenére, hogy a sejtmagban található DNS bázissorrendje az összes sejtünkben megegyezik. Röviden, genetikai állományunk sokkal több, mint a génjeink összessége - írja a Science hírportáljának beszámolója.
Fény derülhet a génváltozatok és a betegségek közti ok-okozati kapcsolatra
Az ENCODE eredményei a genetikai hajlam és a különféle betegségek kialakulása közti összefüggéseket is világosabbá tehetik a jövőben. Rengeteg olyan tanulmány született az utóbbi években, amely különféle génváltozatok meglétét kötötte össze egy-egy betegség kialakulásának kockázatával, a teljes genetikai állomány elemzését követően (Genome Wide Association Studies; GWAS).
Az azoban, hogy valami összefügg valamivel, még nem jelent ok-okozati kapcsolatot. Ezek a tanulmányok pedig csak összefüggéseket mutattak ki a különféle génváltozatok jelenléte és egy betegség - például egy bizonyos fajta ráktípus - megjelenése között, de nem írták le, hogy miként okozhat betegséget az azonosított génváltozatok jelenléte. Az ok-okozati kapcsolatok feltárásában is sokat segíthet majd az ENCODE adatbázisa, hiszen talán kideríthető lesz, hogy a gyakran a fehérjéket nem kódoló régiókban található DNS-szakaszok miként járulhatnak hozzá a betegségek kialakulásához - írja a Nature News & Views rovatában Inęs Barosso, a Wellcome Trust Sanger Institute munkatársa.
147 sejttípusban vizsgálták a genom 3 milliárdnyi bázisának működését
A kutatásban 32 intézet vett részt, és összesen 147 sejttípus esetében végeztek számítógépes elemzéseket, biokémiai teszteket, és bázissorend-meghatározást, hogy kiderüljön, milyen funkciókkal bír az emberi genomot alkotó 3 milliárdnyi bázis. Biokémiailag a genom körülbelül 80%-a aktív az eredmények szerint.
A bázisok egy része olyan fehérjék kötőhelyeiként szolgál, amelyek a génműködést szabályozzák. Más bázisokból egyszálú RNS-darabok készülnek, amelyek szintén önálló funkcióval - például génszabályozással - jellemezhetőek. (Az RNS-ekre tipikusan úgy gondolunk, mint a fehérjeszintézis közvetítő molekuláira, de az ENCODE eredményei megmutatták, hogy sok RNS-molekula önálló végterméknek tekinthető, amelyek nem vesznek részt a fehérjék előállításában.) Vannak olyan DNS-szakaszok is, ahol a bekövetkező kémiai módosulások a kromoszómák egyes részeinek inaktiválását szolgálják - írja a Science híroldala.
Bal oldalt egy kromoszóma látható, amelyben a hisztonfehérjékre - a képen látható gömbökre - feltekeredett DNS tárolódik a sejtmagban (jobb oldal) (Ábra: ScienceNOW, ENCODE)
Kiderült az is, hogy DNS-ünk körülbelül 76%-a valamilyen típusú RNS-molekulává íródik át, ez pedig jóval nagyobb arány, mint amit eddig becsültek. DNS-ünk valamivel kevesebb mint 21 000 fehérjekódoló gént tartalmaz, ezen kívül azonban mintegy 8800 "gén" kódol kisméretű RNS-eket (például mikroRNS-eket vagy siRNS-eket), 9600 pedig hosszú RNS-eket, amelyek mindegyike legalább 200 bázis hosszúságú. Kiderült az is, hogy a gének átfedhetnek egymással, és több kezdő, illetve vég szakaszuk is lehet - írja a ScienceNOW.
Három dimenzióban is elemezhető a genom
A szakemberek ezen kívül 4 millió olyan pontról számolnak be a genomban, amelyeket a génaktivitást szabályozó "kapcsolóknak" neveznek. Ezek a kapcsolók egyaránt lehetnek közel és távol is attól a géntől, amelynek működését szabályozzák, a különböző sejttípusokban pedig különféle kombinációkban fejtenek ki szabályozó tevékenységet - ennek köszönhetőek a különféle sejttípusok egyedi genomikai jellemzői.
A gének szabályzása egy rendkívül összetett folyamat, amelynek ma még korántsem ismert minden részlete. Az ENCODE adatai azonban minden kutató számára szabadon hozzáférhetőek. Elérhető például egy térképes változat is, amivel a Google Maps-hez hasonlóan, folyamatos nagyítással elemezhetőek a genom egyes részei (a kép a kromoszómák szintjétől a bázisok szintjéig haladva nagyítható, majd kattintással megnézhető, hogy milyen funkciót lát el az adott DNS-szakasz.)
Elsősorban tehát az adatokat használó kutatókon múlik majd, hogy milyen eredményeket hoznak ki az ENCODE adatainak elemzéséből. Maga az ENCODE projekt sem zárult még le, hiszen a jövőben - többek között - számos további sejttípus elemzéséből várhatóak majd az újabb, szintén hatalmas adatsorok.
* * *
További információk angolul és magyarul:
A Nature ENCODE projekttel foglalkozó gyűjtőoldala: http://www.nature.com/encode/
A Nature videója (Ewan Birney és a Nature szerkesztője, Magdalena Skipper magyarázatával): ENCODE: Encyclopedia Of DNA Elements
Ewan Birney, a projekt koordinátorának blogbejegyzése: ENCODE: My own thoughts
Michael Eisen, a UC Berkeley evolúcióbiológusának blogbejegyzése: This 100,000 word post on the ENCODE media bonanza will cure cancer
Az [origo] Tudomány rovatának összefoglaló cikke a projekt eredményeiről: Mégsem hulladék az ember nagy része
* * *
Tisztelt Olvasónk! Felhívjuk a figyelmét, hogy anyagaink tájékoztató és ismeretterjesztő jellegűek, így nem adhatnak választ minden olyan kérdésre, amely egy adott betegséggel vagy más témával kapcsolatban felmerülhet, és főképp nem pótolhatják az orvosokkal, gyógyszerészekkel vagy más egészségügyi szakemberekkel való személyes találkozást, beszélgetést és gondos kivizsgálást.
