Ceea ce oamenii de știință au respins cândva drept gunoi ADN, sau ADN non-codant (secvența de ADN care nu codifică proteine, adică nu este transcrisă în ARN mesager și apoi tradusă în proteine), ar putea fi, de fapt, unul dintre cele mai puternice coduri din genomul nostru. Un nou studiu internațional dezvăluie că ADN-ul viral antic îngropat în genele noastre joacă un rol activ în controlul modului în care alte gene sunt activate sau dezactivate, în special în timpul dezvoltării umane timpurii. Aceste secvențe, originare din virusuri de mult dispărute, au evoluat pentru a acționa ca niște mici întrerupătoare genetice. Folosind noi instrumente de analiză și experimente la scară largă, cercetătorii au descoperit că anumite fragmente de ADN viral sunt deosebit de puternice în activarea genelor și ar fi putut chiar să contribuie la modelarea a ceea ce diferențiază oamenii de alte primate.
Gunoiul genetic
Un nou studiu internațional sugerează că ADN-ul viral antic încorporat în genomul nostru, care a fost mult timp respins ca gunoi genetic, ar putea juca de fapt roluri extrem de importante în reglarea expresiei genelor. Concentrându-se pe o familie de secvențe numită MER11, cercetători din Japonia, China, Canada și SUA au demonstrat că aceste elemente au evoluat pentru a influența modul în care genele se activează și se dezactivează, în special în timpul dezvoltării umane timpurii.
Elementele transpozabile (TE) sunt secvențe de ADN repetitive din genom care provin din virusuri antice. De-a lungul a milioane de ani, acestea s-au răspândit în întregul genom prin mecanisme de copiere și lipire. Astăzi, TE-urile constituie aproape jumătate din genomul uman. Deși odinioară se credea că nu îndeplinesc nicio funcție utilă, cercetări recente au descoperit că unele dintre ele acționează ca niște „comutatoare genetice”, controlând activitatea genelor din apropiere în anumite tipuri de celule.
Cu toate acestea, deoarece TE-urile sunt foarte repetitive și adesea aproape identice ca secvență, pot fi dificil de studiat. În special, familiile de TE mai tinere, cum ar fi MER11, au fost slab clasificate în bazele de date genomice existente, limitându-ne capacitatea de a le înțelege rolul.
Comutatoarele genetice
Pentru a depăși acest lucru, cercetătorii au dezvoltat o nouă metodă de clasificare a TE-urilor. În loc să utilizeze instrumente standard de adnotare, au grupat secvențele MER11 pe baza relațiilor lor evolutive și a cât de bine au fost conservate în genomurile primatelor. Această nouă abordare le-a permis să împartă MER11A/B/C în patru subfamilii distincte, și anume, MER11_G1 până la G4, variind de la cea mai veche, la cea mai tânără.
Această nouă clasificare a dezvăluit tipare anterior ascunse ale potențialului de reglare a genelor. Cercetătorii au comparat noile subfamilii MER11 cu diverși markeri epigenetici, care sunt etichete chimice de pe ADN și proteinele asociate care influențează activitatea genelor. Acest lucru a arătat că noua clasificare s-a aliniat mai strâns cu funcția de reglare reală în comparație cu metodele anterioare.
Capacitatea de a activa expresia genelor
Pentru a testa direct dacă secvențele MER11 pot controla expresia genelor, echipa a folosit o tehnică numită lentiMPRA (lentiviral masivly parallel reporter assay). Această metodă permite testarea simultană a mii de secvențe de ADN prin inserarea lor în celule și măsurarea a cât de mult stimulează fiecare dintre ele activitatea genelor. Cercetătorii au aplicat această metodă la aproape 7.000 de secvențe MER11 de la oameni și alte primate și au măsurat efectele acestora în celulele stem umane și celulele neuronale în stadiu incipient.
Rezultatele au arătat că MER11_G4 (cea mai tânără subfamilie) a prezentat o capacitate puternică de a activa expresia genelor. De asemenea, a avut un set distinct de motive de reglare, care sunt segmente scurte de ADN care servesc drept situsuri de andocare pentru factorii de transcripție, proteinele care controlează momentul în care genele sunt activate. Aceste motive pot influența dramatic modul în care genele răspund la semnalele de dezvoltare sau la indiciile de mediu.
Analize ulterioare au relevat că secvențele MER11_G4 la oameni, cimpanzei și macaci au acumulat fiecare modificări ușor diferite în timp. La oameni și cimpanzei, unele secvențe au dobândit mutații care le-ar putea crește potențialul de reglare în timpul apariției celulelor stem umane. MER11_G4 tânăr se leagă de un set distinct de factori de transcripție, indicând faptul că acest grup a dobândit funcții de reglare diferite prin modificări de secvență și contribuie la speciație, explică cercetătorul principal dr. Xun Chen.
Elemente de reglare
Studiul oferă un model pentru înțelegerea modului în care ADN-ul junk poate evolua în elemente de reglare cu roluri biologice importante. Urmărind evoluția acestor secvențe și testându-le direct funcția, cercetătorii au demonstrat cum ADN-ul viral antic a fost cooptat în modelarea activității genelor la primate.
„Genomul nostru a fost secvențiat cu mult timp în urmă, dar funcția multora dintre părțile sale rămâne necunoscută”, notează Dr. Inoue, unul dintre autorii studiului. Se crede că elementele transpozabile joacă roluri importante în evoluția genomului, iar semnificația lor este așteptată să devină mai clară pe măsură ce cercetările continuă să avanseze.
Studiul a fost condus de Institutul pentru Studiul Avansat al Biologiei Umane (ASHB) al Universității din Kyoto, Japonia.
CASETĂ
CE ESTE GENOMUL?
Genomul reprezintă totalitatea materialului genetic al unui organism, un element fundamental în înțelegerea biologiei umane și a sănătății. Fiecare celulă din corpul nostru conține informația genetică ce definește trăsăturile fizice, comportamentale și susceptibilitatea la boli. Dar cum influențează viața fiecărui individ și ce rol are în sănătate, boli și medicina personalizată?
Genomul reprezintă ansamblul complet de informații genetice ale unui organism, stocate în ADN. La oameni, genomul include aproximativ 3 miliarde de perechi de baze ADN, care sunt distribuite pe 23 de perechi de cromozomi. Fiecare cromozom conține sute sau chiar mii de gene care codifică proteinele esențiale pentru funcționarea organismului.
Rolul genomului în sănătate
Genomul are un impact semnificativ asupra sănătății prin determinarea trăsăturilor fizice, a metabolismului și a predispoziției la diverse boli. De exemplu, anumite trăsături, cum ar fi culoarea ochilor sau grupa sanguină sunt complet determinate de genom, iar altele, cum ar fi riscul de a dezvolta diabet sau cancer, pot fi parțial influențate de factorii genetici.
Unele afecțiuni sunt cauzate de mutații ale genelor din genom. De exemplu, boala Tay-Sachs sau hemofilia sunt afecțiuni genetice care se transmit pe cale ereditară. Aceste boli sunt cauzate de erori în secvențele de ADN care afectează funcționarea normală a organismului.
Mutațiile genetice, care sunt modificări ale secvențelor ADN, pot duce la boli grave. Unele mutații pot fi moștenite de la părinți, iar altele pot apărea spontan pe parcursul vieții, de obicei din cauza expunerii la factori de mediu sau erori în procesul de replicare a ADN-ului.
Teste genetice pentru depistarea bolilor
Testele genetice sunt instrumente puternice pentru diagnosticarea bolilor și pentru identificarea riscurilor legate de sănătate. Prin analizarea ADN-ului, medicii pot identifica mutațiile care predispun la boli genetice, iar acest lucru poate ajuta la tratamente personalizate sau la intervenții preventive.
