A génvilág újoncai

A genomunkban található géneket szüleinktől örököltük, ha azonban távolabbra nyúlunk vissza a múltba, felvetődik a kérdés, hogy a 20 ezer fehérjekódoló DNS-szakasz közül melyik pontosan mikor bukkant fel őseink genomjában.

A génvilág újoncai

1. oldal

Mindegyikünk több mint 20 ezer gént hordoz sejtjeiben, amelyek a hajunkban található szarutól kezdve a legkisebb lábujjunk izomrostjaiig szervezetünk minden elemét magunkban kódolják. Ha feltesszük azt a kérdést, hogy honnan is jönnek ezek a gének, rövid távon gondolkodva egyszerű a válasz: a szüleinktől örököltük őket. Szüleink meg persze saját szüleiktől jutottak hozzá ezekhez, ahogy azonban egyre távolabbra nyúlunk vissza a múltba genetikai állományunk történetét kutatva, előbb-utóbb felvetődik a kérdés, hogy a 20 ezer fehérjekódoló DNS-szakasz közül melyik pontosan mikor bukkant fel őseink genomjában.

„Az élet egyik legnagyobb kérdése, hogy az evolúció hogyan generál újszerűséget” – mondja Diethard Tautz, a Max Planck Intézet kutatója. A problémával egy évszázada foglalkoznak komolyan a szakértők, a tényleges válasz felszínét azonban még csak most kezdik kapirgálni.

Egyes génjeinkről biztosan tudjuk, hogy rendkívül régiek, akár az is elképzelhető, hogy az élet kialakulásának hajnaláról származnak. Jelentős számú olyan rész van ugyanakkor genomunkban, amely evolúciós szemszögből újnak számít, tehát az utóbbi pár millió évben bukkant fel genetikai állományunkban. Az emberi génkészlet legifjabb tagjai pedig csak azt követően léptek működésbe, hogy fajunk fejlődése különvált az emberszabású majmokétól.

Ahogy a szakértők egyre többet tudnak meg az emberi genomról és más élőlények génállományáról, egyre világosabb az is, hogy az újonnan kialakult gének rendkívül gyorsan működésbe lépnek. Ha egyszer bekerülnek a genomba, rövid idő alatt kiemelt fontosságú funkciókra tehetnek szert. Annak kiderítése pedig, hogy az új gének hogyan kapnak olyan fontos szerepet a szervezet működtetésében, segíthet megérteni a kutatóknak azt is, hogy ezek milyen módon köthetők bizonyos betegségek, például a rák kialakulásához.

Korai lenne nagyívű következtetéseket levonni, de kétségtelen, hogy az új adatokból egyértelmű trendek kezdenek kirajzolódni, mondja David Begun, a Kaliforniai Egyetem evolúciós biológusa. A gének eredetének kérdésével először a 20. század elején kezdtek foglalkozni a kutatók. A korai időszak egyik elképzelése szerint a DNS megkettőződése során egyes gének véletlenül több másolatban is bekerülnek az új sejt genomjába. A két egyforma gén aztán innentől kezdve külön fejlődési utat jár be, lassacskán szekvenciájuk is eltérővé válik, és más funkciók végrehajtásáért válnak felelőssé.

Amikor aztán a 20. század végén a szakértők képessé váltak a genetikai kód tényleges leolvasására, kiderült, hogy a teóriában sok igazság van. „Világossá vált, hogy génduplikációnak fontos szerepe van az evolúcióban” – mondja Tautz.

A gének több millió éven keresztül történő másolódása nyomán úgynevezett géncsaládok alakulnak ki, amelyek több száz, egymástól csak kis mértékben eltérő gént tartalmaznak. Egy ilyen géncsalád felelős például a szagérzet működéséért. Ennek génjei összesen 390 különböző fehérjét, azaz szaglóreceptort kódolnak, amelyek szerkezete csak minimális mértékben tér el egymástól, ez azonban pontosan elég ahhoz, hogy különböző molekulák kötődjenek hozzájuk.

Ha hosszabb idő telik el, a duplikáció során keletkező génmásolatok közt egyre nagyobbá válnak a különbségek. A gének idővel olyannyira eltérővé válnak, hogy alapvetően más jellegű feladatokat kezdenek ellátni. A vörösvérsejtek oxigénszállításért felelős hemoglobin génje egy oxigénnel kapcsolatos feladatokat ellátó géncsalád tagja. A legújabb kutatások alapján a géncsalád őse egy olyan gén lehetett, amelynek membránfehérjéje a sejtbe bejutó felesleges oxigén megkötéséért volt felelős, megakadályozva ezzel, hogy a gázmolekulák károkat okozzanak.

A génduplikáció elmélete mellett olyan sok bizonyíték sorakozott fel az utóbbi évtizedekben, hogy a szakértők nagy része abba a hitbe ringatta magát, hogy ez a folyamat az új gének keletkezésének kizárólagos forrása. Úgy képzelték, hogy amikor az élet kialakult a bolygón, a legelső mikrobák egy aprócska génkészlettel rendelkeztek, amelynek tagjai aztán addig másolódtak és változtak, amíg minden ma létező gén kifejlődött belőlük.

A teljes genomok szekvenálásának rutinszerűvé válásával aztán újabb meglepetés érte a kutatókat. Több olyan gént találtak ugyanis, amely csak egyetlen faj genomjában létezik, és nem hasonlít egyetlen másik fehérjekódoló szakaszra sem. Ezek a gének pedig nem keletkezhettek duplikációval, hiszen akkor léteznie kellene az eredeti mintának, amelyről másolódtak.

2. oldal

Az „árva gének” némelyikét aztán sikerült valamilyen géncsaládhoz kötni, ahogy egyre több faj genomját szekvenálták, számos olyan is akadt azonban, amelyhez hasonlóra azóta sem bukkantak rá. Egyre világosabbá vált, hogy a leglogikusabb magyarázatnak az tűnik, ha feltételezzük, ezek a gének nem más génekből alakultak ki évmilliók sora alatt, hanem sokkal gyorsabban, valamilyen más módon jöttek létre.

Begun és kollégái új nevet adtak az ilyen géneknek: új, azaz de novo géneknek keresztelték el őket. A szakma nagy része persze nem fogadta el viták nélkül az új teóriát, hiszen az meglehetősen valószínűtlennek látszott a génduplikáció logikus, könnyen elképzelhető menete mellett, az adatok azonban egyértelműen jelezték, hogy valami nincs rendben gének képződésével kapcsolatos régi elmélet körül. Begun és társai nagy szerepet játszottak a kétkedők meggyőzésében, hiszen lépésről lépésre dokumentálták, hogyan is zajlik a de novo gének keletkezése.

Számos fajban, köztük az emberben is, a fehérjekódoló részek a genom csak egy részét teszik ki. Az ezen kívüli, azaz a nemkódoló szakaszok kiváló terepet jelentenek az új gének kialakulásához. A folyamat első lépéseként a DNS egy aprócska darabja mutációk eredményként úgynevezett start szekvenciává alakul át. Ez utóbbi bázissor minden fehérjekódoló gén szerves részét jelenti, és azt jelzi, hogy hol kezdődik a gén. A fehérjeszintézis során aztán ettől a szekvenciától kezdődik a DNS átíródása mRNS-sé, amely pedig a fehérjelánc összeállításának alapjául szolgál.

Az újonnan megjelenő start szekvenciát tehát észleli a sejt, és legyártja a hozzá tartozó bázissor által kódolt fehérjét. Ez a fehérje aztán elképzelhető, hogy mérgező lesz, vagy éppen sosem tesz szert funkcióra, további mutációk eredményeként azonban végül kialakulhat egy olyan gén, amely hasznosítható fehérjét kódol. „Ahogy megindul a fehérjeszintézis, a természetes szelekció alakítani kezdi ezeket a géneket” – mondja Aoife McLysaght, a dublini Trinity College genetikusa.

Begun és kollégái a de novo gének születésének körülményeit vizsgálják ecetmuslicákkal kísérletezve. Kutatásuk során eddig összesen 142 olyan gént azonosítottak, amely csak a rovarok bizonyos populációiban bukkant fel, tehát még az sem mondható, hogy az egész fajban elterjedt lenne. Ez pedig biztos jele annak, hogy újonnan kialakult génekről van szó. A kutatók úgy vélik, hogy de novo gének tényleges száma ennél lényegesen magasabb is lehet a muslicákban, mivel a mostani vizsgálat során csak a DNS egyes precízen megválasztott szakaszait vették szemügyre. Még érdekesebb, hogy a most megtalált új gének meglepő gyorsasággal tettek szert funkciókra, azaz az általuk kódolt fehérjék hamar fontos szerepet kaptak a rovarok szervezetének működésében.

Ezt a gyorsaságot egy másik kutatás eredményei is alátámasztják. Christian Schlötterer, a Bécsi Állatorvosi Egyetem kutatója és kollégái öt közeli rokonságban álló Drosophila-faj genomját vizsgálták meg, amelyek fejlődése 10 millió évvel ezelőtt vált külön. A szakértők megállapították, hogy a szétválás óta minden fajban több száz új gén alakult ki.

Mindezen eredmények azt sugallják, hogy a de novo gének nagy mennyiségben vannak jelen az élőlények génállományában. Az új gének ugyanakkor gyakran nagyon instabilnak bizonyulnak, vagyis csak ideig-óráig vesznek részt a genom működésében. Schlötterer kutatócsoportja több olyan szakaszt is azonosított a megvizsgált fajok genomjában, amelyek egykor de novo gének lehetettek, a sejt azonban mutációval leolvashatatlanná tette, vagy egyszerűen törölte azok egy részét, megakadályozva ezzel, hogy fehérje keletkezzen róluk.

Az újonnan kialakult gének másik csoportja ugyanakkor hosszú távon megmarad, és létfontosságú funkciókra tesz szert. Ezek a gének pedig Tautz elmondása szerint legalább olyan fontos szerepet játszhattak az evolúció folyamatában, mint a génduplikációval létrejövő kódoló szekvenciák.

Ami az emberi génállományt illeti, annak de novo gének szempontjából való tanulmányozása sok szempontból nehézkesebb, mint az ecetmuslicáké. Lassacskán azonban ezen a téren is egyre több az eredmény. Egy japán kutatócsoport például azonosított egy olyan de novo gént, amely kapcsolatba hozható a rák kialakulásával. Az NCYM kizárólag emberekben és csimpánzokban található meg, vagyis minden bizonnyal a két faj szétválását megelőzően, néhány millió évvel ezelőtt alakult ki. A szakértők úgy találták, hogy a gén fontos szerepet játszik a gyermekkori agydaganatok kialakulása során, azt azonban nem tudni, hogy az egészséges agyi sejtekben pontosan mi is a szerepe.

A szakértők becslései szerint az emberi genom nagyjából 40 de novo gént hordozhat, bár akadnak, akik ennél jelentősen magasabbra teszik az újonnan kialakult fehérjekódoló szakaszok számát. Ezen érdekfeszítő szekvenciákról egyelőre nagyon keveset tudunk, ugyanakkor egyre inkább úgy tűnik, hogy kutatásuk rendkívül fontos lehet az olyan kérdések megválaszolásához, mint hogy pontosan mi is tesz minket emberré.

Tesztek

{{ i }}
arrow_backward arrow_forward
{{ content.commentCount }}

{{ content.title }}

{{ content.lead }}
{{ content.rate }} %
{{ content.title }}
{{ totalTranslation }}
{{ orderNumber }}
{{ showMoreLabelTranslation }}
A komment írásához előbb jelentkezz be!
Még nem érkeztek hozzászólások ehhez a cikkhez!
Segíts másoknak, mond el mit gondolsz a cikkről.
{{ showMoreCountLabel }}

Kapcsolódó cikkek

Magazin címlap arrow_forward