Połowa naszych genów to „śmieciowe DNA”. Jesteśmy coraz bliżej wyjaśnienia jego roli
Międzynarodowe badanie rzuca nowe światło na działanie ogromnej części naszego materiału genetycznego, długo uważanej za bezużyteczną. Okazuje się, że „śmieciowe DNA” może odgrywać ważną rolę w regulacji aktywności genów.
Spis treści:
- Czym są transpozony?
- Problemy w badaniach nad „śmieciowym DNA”
- Zaawansowana metoda lentiMPRA i jednoznaczne wyniki
Międzynarodowe badanie opublikowane w „Science Advances” odkrywa nowe, nieznane dotąd funkcje tzw. śmieciowego DNA, które stanowi aż połowę całego ludzkiego materiału genetycznego. Uważa się, że śmieciowe DNA to fragmenty genomu pochodzące od wirusów, które zostały wchłonięte przez ludzki genom przed wieloma milionami lat. Rola tych fragmentów jak dotąd nie została jednoznacznie wyjaśniona.
Czym są transpozony?
Naukowcy z Japonii, Chin, Kanady i USA poświęcili szczególną uwagę tzw. sekwencjom MER11 – transpozonom, które stanowią niemal połowę naszego genomu. Transpozony to fragmenty DNA, które mają zdolność przemieszczania się w obrębie genomu tej samej komórki, nazywane często „skaczącymi genami”.
Dawniej uznawane za bezużyteczne, obecnie są przedmiotem intensywnych badań. Ich pochodzenie pozostaje niejasne, ale najpopularniejsza hipoteza mówi, że są fragmentami wirusów, w szczególności retrowirusów, które utraciły geny odpowiedzialne za zjadliwość i wbudowały się w genom gospodarza. Naukowcy podejrzewali, że „śmieciowe DNA” bynajmniej nie jest bezużyteczne i najprawdopodobniej odgrywa rolę w regulowaniu ekspresji genów. Teraz te przypuszczenia się potwierdzają.
Problemy w badaniach nad „śmieciowym DNA”
Badanie przeprowadzone przez naukowców pokazało, że transpozony MER11, dotąd słabo opisane w bazach danych, mogą działać jak „przełączniki genetyczne” i odgrywać ważną rolę w ekspresji genów, szczególnie na wczesnym etapie rozwoju dziecka.
Problemem w analizie była ich wysoka powtarzalność i podobieństwo sekwencji. Aby to obejść, badacze opracowali nową klasyfikację transpozonów, opartą na ich występowaniu w genomach innych naczelnych, a co za tym idzie – ich ewolucyjnej historii. Dzięki temu podejściu podzielili grupę MER11A/B/C na cztery podgrupy – od G1 do G4, od najstarszych do najmłodszych.
Zaawansowana metoda lentiMPRA i jednoznaczne wyniki
Aby bezpośrednio przetestować działanie MER11, wykorzystano zaawansowaną technikę lentiMPRA, umożliwiającą jednoczesne badanie tysięcy sekwencji DNA umieszczanych w komórkach ludzkich. Zastosowano ją do prawie 7000 sekwencji MER11 pochodzących od ludzi i innych naczelnych, mierząc ich wpływ na ekspresję genów w komórkach macierzystych oraz komórkach nerwowych.
Wyniki były jednoznaczne – najmłodsza podgrupa MER11_G4 wykazała silną zdolność aktywowania genów. Dodatkowo zawierała unikalne fragmenty DNA, będące miejscami „dokowania” białek transkrypcyjnych odpowiedzialnych za włączanie genów. Naukowcy nazwali je „motywami” i uważają, że odgrywają one istotną rolę w ekspresji genów m.in. pod wpływem czynników środowiskowych.
Poza tym odkryto, że sekwencje MER11_G4 w genomach ludzi, szympansów i makaków różniły się. Wynik ten pokazuje zmienność transpozonów podczas ewolucji naczelnych. U ludzi i szympansów potencjał regulacyjny tych fragmentów był wyjątkowo silny, a najsilniejszy w ludzkich komórkach macierzystych. Transpozony z biegiem ewolucji zyskiwały nowe funkcje, wpływając na różnicowanie się gatunków i regulację genów w rozwoju osobniczym.
Jak podkreślają autorzy, mimo że ludzki genom został już dawno zsekwencjonowany, znaczna jego część nadal pozostaje tajemnicą. Badanie transpozonów, takich jak MER11, rzuca nowe światło na to, jakie role odgrywa „śmieciowe DNA” w ewolucji i biologii człowieka.
Źródło: Science Advances
Nasza autorka
Magdalena Rudzka
Dziennikarka „National Geographic Traveler" i „Kaleidoscope". Przez wiele lat również fotoedytorka w agencjach fotograficznych i magazynach. W National-Geographic.pl pisze przede wszystkim o przyrodzie. Lubi podróże po nieoczywistych miejscach, mięso i wino.