Žmogaus genas gali atlikti skirtingas užduotis

Tyrimo rezultatai publikuoti leidiniuose „Nature“ bei „Nature Genetics“. Tyrimą atlikę mokslininkai pasitelkė didelio našumo sekvenavimo metodais kad sukurtų iki šiol detaliausią genų ekspresijos įvairiuose audiniuose žemėlapį.

Tik 6 proc. žmogaus genų yra sukurti iš vieno linijinio DNR fragmento. Dauguma genų yra sukurti iš kelių DNR fragmentų, išsidėsčiusių skirtingose DNR grandinės vietose. Šiuose fragmentuose koduojami duomenys sujungiami į funkcionalią mRNR molekulę, kuri gali būti panaudojama kaip šablonas baltymams kurti.

Tačiau mokslininkai nustatė, kad tas pats genas gali būti sujungtas skirtingais būdais – pavyzdžiui, kartais kokio nors fragmento atsisakant ar įtraukiant trumpą papildomą DNR seką.

Šis procesas, vadinamas alternatyviuoju perpynimu (ang. splicing), gali pateikti mRNR molekules ir baltymus, kurių funkcijos žymiai skiriasi tarpusavyje, nors genas, iš kurio šios molekulės sukuriamos, yra tas pats. Šis reiškinys teikia šiek tiek paguodos tiems mokslininkams, kurie buvo nusivylę santykinai nedideliu genų kiekiu žmogaus genome: žmonės, turintys apie 20 000 genų, nelabai teaplenkia elegantiškus, tačiau neabejotinai mažiau sudėtingus nematodus Caenorhabditis elegans.

„Tikėjomės, kad tokie sudėtingi, rafinuoti ir išmintingi sutvėrimai, kaip žmonės, turėtų turėti bent jau 100 000 genų. Tuomet ištyrėme genomo sekas ir suvokėme, kad genų pas žmones yra ne daugiau nei pas C. elegans“, - sakė McGill universiteto (Kanada) genetikas Jacekas Majewskis. Laimei, manoma, kad alternatyvusis perpynimas vyksta tik maždaug dešimtyje procentų C. elegans genų, taigi, žmonės vėl gali didžiuotis esą genetiniu požiūriu sudėtingesni už kirminus. Šio genetinio lankstumo principų suvokimas turėtų padėti išsiaiškinti kaip klaidingo prepynimo proceso metu gali būti sukeliamos ligos.

Nepaisant intensyvių mokslinių alternatyviojo perpynimo tyrimų, į šį reiškinį gilintis sunku, o standartiniai laboratoriniai metodai gana dažnai neužfiksuoja retesnių perpynimo produktų. Anksčiau mokslininkai manė, kad 74 proc. visų žmonių genų yra ekspresuojami pasitelkiant alternatyviojo perpynimo procesą, tačiau jie numatė, kad šis skaičius gali didėti tobulėjant tyrimų metodams.

Dabar dvi mokslininkų grupės, viena iš jų vadovaujama Masačusetso technologijų instituto (JAV) skaičiuojamosios biologijos specialisto Christopherio Burge‘o, o kita – Toronto universiteto (Kanada) molekulinės biologijos eksperto Benjamino Blencowe, tyrė alternatyvųjį perpynimą naudojant didelio efektyvumo nuskaitytus duomenis, surinktus biotechnologijų įmonės „Illumina“ iš JAV.

Šis metodas veikia konvertuojant mRNR atgal į DNR, kurios seką galima registruoti. B. Blencowe su kolegomis tyrė perpynimo formas šešiuose skirtinguose audiniuose – smegenyse, kepenyse, raumenyse, plaučiuose ir kitus. C. Burge‘as su kolegomis tyrė tuos pačius mėginius ir keletą kitų, taip pat krūties vėžiu sirgusių moterų ląstelių linijas. Remiantis duomenimis apie daugiau nei 400 mln. sekų, C. Burge‘as apskaičiavo, kad 92-94 proc. visų žmogaus genų gali generuoti daugiau nei vienos rūšies RNR molekulę.

Šios srities specialistai sutinka, kad darbo rezultatai yra svarbūs, bet šie skaičiai jų smarkiai nenustebino. „Šiuo atveju naujiena yra technologijos, kurios turės daug įtakos tam, kaip mes tiriame perpynime“, - sakė molekulinės biologijos žinovas Douglas Blackas iš Kalifornijos universiteto Los Andžele (JAV).

Naujų sukataloguotų perpynimo duomenų analizė gali atskleisti proceso reguliacijos tendencijas, bet norint nustatyti ar visos skirtingos to paties geno gaminamos baltymo formos yra funkcionalios, teks atlikti daugiau darbo. „Dabar kilęs klausimas – ar visos šios formos yra biologiškai svarbios“, - sakė Makso Planko molekulinės genetikos instituto (JAV) genetikė Marie-Laure Yaspo. Keletas retesnių perpynimo variantų gali būti ne kas kita, kaip foninis triukšmas, generuojamas atsitiktinių klaidų, mano mokslininkė.

Tačiau tradiciniai metodai, naudojami šalinti ištisus genus, nėra efektyvūs siekiant palyginti skirtingų perpynimo variantų funkcijas. „Dabar iš tikrųjų labiausiai reikėtų sukurti didelio našumo metodus, kurias galima būtų analizuoti genų perpynimo variantus. Tai – didžiausias ateities iššūkis“, - sakė B. Blencowe.