Sekretny kod w naszym DNA – przełomowe odkrycie japońskich naukowców
Sekretny kod w naszym DNA kryje się w wirusowych pozostałościach
Śmieciowe DNA odzyskuje znaczenie
Nowy podział transpozonów MER11
Zaawansowane narzędzia badawcze potwierdzają rolę MER11_G4
MER11_G4 – wirusowe przełączniki genów
Embrionalne sterowanie genami
Genetyczne różnice międzygatunkowe
Głos ekspertów
Nowe kierunki badań nad genomem
Nowe spojrzenie na ludzki genom
Sekretny kod w naszym DNA kryje się w wirusowych pozostałościach
Zespół naukowców z japońskiego instytutu ASHBi dokonał przełomowego odkrycia. Okazuje się, że fragmenty DNA pochodzące od starożytnych wirusów, dotąd uznawane za pozbawione znaczenia, odgrywają kluczową rolę w regulacji genów. Chodzi o elementy należące do rodziny MER11, a szczególnie o jej najmłodszą podgrupę MER11_G4.
Te sekwencje wirusowego pochodzenia działają jak przełączniki aktywujące lub wyciszające geny. To odkrycie całkowicie zmienia nasze spojrzenie na tzw. śmieciowe DNA. Naukowcy udowodnili, że nawet 45 procent naszego genomu bierze udział w sterowaniu procesami rozwojowymi i może wpływać na różnice międzygatunkowe.
Śmieciowe DNA odzyskuje znaczenie
Przez dziesięciolecia niemal połowa ludzkiego DNA była uznawana za bezużyteczne pozostałości po ewolucji. Termin „śmieciowe DNA” przyjął się na dobre w literaturze naukowej i popularnonaukowej. Jednak badania prowadzone w ostatnich latach zaczęły podważać tę koncepcję. Nowe odkrycia dostarczają dowodów, że wiele z tych niekodujących fragmentów pełni ważne funkcje regulacyjne.
Właśnie do takich fragmentów należą transpozony z rodziny MER11. Są to sekwencje, które pierwotnie pochodziły od wirusów, a z czasem zostały zintegrowane z naszym genomem. Zamiast zniknąć, zaczęły działać jak regulatory genów.
Nowy podział transpozonów MER11
Aby dokładnie zrozumieć funkcję tych sekwencji, naukowcy postanowili stworzyć nową klasyfikację rodziny MER11. Oparli ją na analizie ewolucyjnej oraz konserwacji sekwencji w genomach ludzi i innych naczelnych. W ten sposób wyróżnili cztery podrodziny: MER11_G1, MER11_G2, MER11_G3 i MER11_G4.
Najmłodsza z nich, MER11_G4, okazała się najbardziej aktywna. To właśnie te elementy wywierają najsilniejszy wpływ na aktywność genów w komórkach macierzystych.
Zaawansowane narzędzia badawcze potwierdzają rolę MER11_G4
Badacze wykorzystali nowoczesną technikę lentiMPRA, czyli masową analizę reporterów opartą na wektorach wirusowych. Dzięki niej mogli przetestować działanie niemal 7000 sekwencji MER11 pochodzących od ludzi i innych naczelnych. Przeprowadzili eksperymenty na komórkach macierzystych i komórkach prekursorowych układu nerwowego.
Wyniki jednoznacznie wskazały, że sekwencje MER11_G4 mają wyjątkowo silne właściwości aktywujące ekspresję genów. To właśnie one najczęściej działały jako włączniki genetyczne w badanych komórkach.
MER11_G4 – wirusowe przełączniki genów
MER11_G4 zawiera specyficzne motywy wiążące czynniki transkrypcyjne, które uruchamiają konkretne geny. Co więcej, te motywy są unikalne dla ludzi i niektórych naczelnych. Ich obecność może wyjaśniać różnice biologiczne między gatunkami, a także wpływać na przebieg rozwoju embrionalnego.
Naukowcy odkryli również, że te sekwencje wykazują wysoką aktywność epigenetyczną. To oznacza, że oddziałują nie tylko na poziomie DNA, ale także w kontekście modyfikacji, które wpływają na odczyt genów bez zmiany ich sekwencji.
Embrionalne sterowanie genami
Badanie ujawnia, że MER11_G4 bierze udział w regulacji procesów zachodzących we wczesnym rozwoju zarodka. W komórkach macierzystych, które mają zdolność przekształcania się w dowolny typ komórki, wirusowe sekwencje pomagają sterować tym, które geny mają być aktywne, a które wyciszone.
Dzięki temu możliwe jest precyzyjne kierowanie rozwojem organizmu od najwcześniejszych etapów życia. Oznacza to, że pozostałości wirusów nie są tylko reliktem przeszłości, ale aktywnie uczestniczą w procesach biologicznych.
Genetyczne różnice międzygatunkowe
Co ciekawe, MER11_G4 występuje zarówno u ludzi, jak i u szympansów. Jednak niektóre elementy tej podrodziny są charakterystyczne tylko dla człowieka. Mutacje w tych sekwencjach mogły mieć wpływ na rozwój cech unikalnych dla naszego gatunku.
Różnice w aktywności regulatorowej transpozonów mogą tłumaczyć, dlaczego poszczególne gatunki rozwijają się w różny sposób, mimo że ich genomy są w dużej mierze podobne. To otwiera nowe perspektywy w badaniach nad ewolucją człowieka.
Głos ekspertów
Dr Xun Chen, główny autor badania, podkreśla, że młodsze elementy MER11_G4 wiążą się z unikalnym zestawem czynników transkrypcyjnych. Według niego, oznacza to, że te sekwencje zdobyły nowe funkcje w wyniku ewolucyjnych zmian.
Dr Inoue, inny członek zespołu badawczego, zwraca uwagę, że mimo pełnego zsekwencjonowania ludzkiego genomu, znaczna jego część pozostaje niezbadana. Odkrycie funkcji MER11 to ważny krok w kierunku lepszego zrozumienia całościowego obrazu ludzkiego DNA.
Nowe kierunki badań nad genomem
Badania nad MER11 to dopiero początek. Naukowcy planują teraz przyjrzeć się innym rodzinom transpozonów, które również mogą pełnić funkcje regulatorowe. Celem jest stworzenie nowego modelu rozumienia genomu, w którym każda sekwencja ma potencjalne znaczenie funkcjonalne.
To także wyzwanie dla obecnych systemów anotacji genetycznej, które nie zawsze uwzględniają niekodujące elementy w analizach funkcjonalnych.
Nowe spojrzenie na ludzki genom
Sekretny kod w naszym DNA nie leży już w sferze domysłów. Dzięki nowym badaniom naukowcy z japońskiego instytutu ASHBi udowodnili, że sekwencje pochodzące od wirusów mogą działać jak genetyczne przełączniki. Szczególnie MER11_G4 wykazuje ogromny potencjał regulacyjny, wpływając na rozwój komórek, embrionu i różnice międzygatunkowe.
To odkrycie nie tylko rewiduje pojęcie „śmieciowego DNA”, ale także otwiera drogę do nowych badań nad ewolucją, medycyną regeneracyjną i terapiami genowymi. Genom ludzki skrywa znacznie więcej, niż dotąd przypuszczano – a jego tajemnice dopiero zaczynają się odsłaniać.
