1. oldal
Az egy milliméter hosszúra megnövő Caenorhabditis elegans nagyjából 20 ezer génnel rendelkezik, vagyis nagyjából ugyanannyival, mint az ember. A két faj közül ugyanakkor csak az egyik egyedei rendelkeznek vérkeringéssel és képesek verset írni. A komplexitás a jelek szerint jóval több a gének puszta számánál, és ahogy egy új kutatás megmutatja, gének maguk is sokkal bonyolultabbak, mint ahogy azt eleinte gondolták a szakértők.
A genetika hajnalán még egyszerűnek tűnt a képlet: a szakértők úgy hitték, hogy a genom minden egyes génje egyetlen fehérjét kódol, amely aztán sajátos feladatokat lát el a sejtben, például energiát termel, a salakanyagok eltávolításában vesz részt vagy más folyamatokban tevékenykedik. Ahogy aztán teltek az évek, egyre világosabbá vált, hogy a fehérjeszintézis szabályai nem ennyire egyszerűek. Egyes gének több termék létrehozásában is részt vesznek: a fehérjeszintézis során a génekben kódolt recept nem mindig ugyanúgy értelmeződik, így a létrejövő protein is eltérő lehet.
Egyetlen gén több részből épül fel, amelyek közük a kódoló, a fehérje aminosavsorrendjét meghatározó részeket exonoknak nevezük. Amikor a genetikai kód mRNS formájában átíródik, nem feltétlenül kerül minden exon felhasználásra és ezek sorrendje is variálódhat (ezt hívják alternatív splicingnak), így a felépülő fehérje aminosavsorrendje és szerkezete is eltérő lehet. A különböző végtermékek (szakszóval izomorfok) hasonló feladatot láthatnak el, de olyan esetek is vannak, amikor gyökeresen eltérő funkciójú proteinek keletkeznek ugyanarról a génről. Létezik például egy gén, amelynek proteinjei egymással ellentétes feladatot látnak el: az egyik elősegíti a sejthalált, míg a másik gátolja a folyamatot. Egy másik extrém példa az ecetmuslica egyik génje lehet, amelyről több mint 38 ezer különböző fehérje jöhet létre.
Az a legutóbbi időkig nem volt világos, hogy mennyire elterjedt ez a gyakorlat, ahogy az sem, hogy az eltérő végtermékek milyen arányban és hogyan vesznek részt a sejt mindennapos működésében. A szakértők sokáig úgy sejtették, hogy az ugyanazon génről keletkező proteinek nagy része nagyon hasonlóan működik, és ezt néhány laborkísérlet is alátámasztotta, átfogó vizsgálat azonban mostanáig nem készült a témában.
Ennek oka elsősorban a feladat végrehajtásának nehézsége volt, hiszen a felmerülő kérdések megválaszolásához számba kell venni a sejt fehérjéit, majd megállapítani, hogy ezek pontosan mit csinálnak. Egy újonnan megjelent tanulmányban a Dana-Farber Rákkutató Intézet munkatársai ezen munka első eredményeiről számolnak be. A szakértők úgy találták, hogy az egy génről keletkező fehérjék számos esetben olyan mértékben különböznek egymástól, mintha különböző gének kódolták volna ezeket. Az új információk érdekes eshetőségeket vetnek fel a sejtek és az emberi test működésével kapcsolatban.
A sejtek szinte minden működését fehérjék vezérlik és hajtják végre. A sejt egyik részéből a másikba küldött üzeneteket egymáshoz kapcsolódó, egymást módosító és a jelzést ilyen módon továbbító fehérjeláncok juttatják célba. A fehérje térszerkezete meghatározza, hogy a molekula mihez képes hozzákapcsolódni, és ezzel azt is, hogy mit tud csinálni. Annak felderítése, hogy fehérje milyen más fehérjékhez tud kapcsolódni, éppen ezért annak azonosítását is segíti, hogy milyen feladatot lát el a protein a sejtben.
Marc Vidal, a Dana-Farber biológusa régóta vizsgálja a fehérjék közti partnerségi kapcsolatokat, és azt, hogyan változnak meg ezek bizonyos betegségek esetén. Kutatása szempontjából kiemelt fontosságú, hogy kollégáival joggal feltételezhetik-e, hogy az egyazon génről származó proteinek ugyanazt csinálják. Hiába ismerünk tökéletesen egy adott genomrészletet, az azáltal kódolt molekulák gyakran szinte teljesen ismeretlen számunkra, mondja a szakértő, aki szerint ennek egyik fő oka pontosan az lehet, hogy a korábban univerzálisnak hitt „egy gén – egy fehérje” elv nem általános.
2. oldal
Annak kiderítése érdekében, hogy ez az elv milyen gyakran sérül, Vidal és kollégái egy olyan fehérjekészletet kezdtek tanulmányozni, amelynek tagjait nagyjából 1500 gén, a teljes emberi genom 8 százaléka kódolja. Miután szétválogatták, hogy mely proteinek származnak azonos génekről, kiderült, hogy a vizsgálat genomszakaszok közül 500 gén legalább kétfajta proteint kódolhat. Ezt követően azt kezdték vizsgálni, hogy ezek a testvérproteinek a sejtben található nagyjából 15 ezer másik fehérje közül melyekhez képesek kapcsolódni.
Az eredmény váratlan és nagyon meglepő volt. David Hill, a kutatócsoport egyik tagja elmondása szerint az egy génről származó testvérprotein-párok 61 százaléka osztozik egymással bizonyos fehérjepartnereken, másokon viszont nem. Ami még érdekesebb, a párok közel 20 százaléka semmiben sem hasonlít egymásra, ami más fehérjékkel való interakcióikat illeti. Az eredmények alapján a testvérproteinek nagyon sok esetben jobban különböznek egymástól funkcióikban, mint az eltérő gének által kódolt fehérjék.
Mivel ez a kutatás azt sugallja, hogy az azonos génekről származó, eltérő feladatokat ellátó fehérjék relatíve gyakoriak, ebből azt is valószínűsíti, hogy a jelenség a sejt mindennapi életében is fontos lehet, mondja Neil Kelleher, a Northwestern Egyetem kutatója, aki nem vett részt a vizsgálatban. „Nem tudhatjuk, hogy testünk sejtjeinek és szöveteinek komplexitása mennyiben köszönhető ennek” – magyarázza a szakértő, aki szerint lehetséges, hogy részben a testvérproteinek felelnek a különböző sejttípusok létezéséért. Például ugyanazon gén a tüdő sejtjeiben inkább az egyik proteint termeli, míg a szívsejtekben egy másikból állít elő többet.
Egyes betegségek kialakulására is magyarázatot adhat az, hogy egy fehérje olyan szövetben kerül túlsúlyba, ahol nem kellene. Egy 2014-es vizsgálat például azt sugallja, hogy az autizmusban szerepet játszhatnak az adott helyen nem megszokott szerkezetű fehérjék. Az új eredmények ezen túl pedig azt is megerősítik, hogy egy-egy betegség megértéséhez nem elegendő az annak hátterében lévő géneket azonosítani. Ha ugyanis az egyik kérdéses génről többfajta protein is keletkezhet, azt is ki kell deríteni, hogy ezek közül pontosan melyik okozza a problémát.
Az egyelőre továbbra sem egyértelmű, hogy a mindennapi sejtműködésben mennyire lényeges a testvérproteinek létezése. A kutatás során azt ugyanis nem vizsgálták, hogy a párok tagjainak megfigyelt interakciói rendszeresen előfordulnak-e a sejtekben. Korábbi kutatások eredményei ráadásul arra engednek következtetni, hogy a vizsgált fehérjék egy része az élő szervezetben csak nagyon kis mennyiségben van jelen. Az ugyanakkor kétségtelen, hogy a fehérjék világában sok olyan változatosság létezik, amellyel eddig alig voltunk tisztában.
Hill szerint a mostani eredmények csak a jéghegy csúcsát jelentik, és ennél sokkal több olyan gén létezhet, amely többfajta proteint állít elő. A tervek szerint a kutatók a következő lépésben a humán genom felét, mintegy 10 ezer gént fognak megvizsgálni ilyen szempontból, hogy kiderítsék, mennyire elterjedt ez a fajta variancia. A szakértők közben azt is ki szeretnék deríteni egy maroknyi gén alaposabb vizsgálatával, hogy az egy génről keletkező fehérjék ténylegesen mennyire fontosak a sejt életében.
Az eredmények által sugallt komplexitás mindenesetre meglehetősen riasztó. A gének felfedezésével úgy tűnt, hogy idővel tiszta kép vázolható fel az élet működésével kapcsolatban. Ha viszont génjeink egy jelentős része többféle proteint állít elő, és nem tudjuk, hogy mi befolyásolja, hogy éppen melyiket gyártják le, újra szembesülnünk kell azzal, hogy mennyire nem értjük saját testünk működését.
Kelleher szerint ugyanakkor az eredmények abból szempontból megnyugtatóak, hogy elméletileg egy gén receptje akár 50 különböző módon is értelmezhető lehet. Vidal és tásainak kutatása azonban azt erősíti meg, hogy ezen rengeteg szóba jöhető lehetőség közül a gyakorlatban csak néhány valósul meg. Így bár gének és fehérjék viszonya valóban sokkal bonyolultabb lehet annál, ahogy néhány évtizede képzeltük, ennek felderítése nem lesz lehetetlen.
