Ezen a héten az Élő adás előadásorozat következő, és egyben ebben a félévben utolsó előadását sikerült meghallgatnom Dr. Orbán Tamás tolmácsolásában, melynek címe: Ugráló gének az emberi génállományban: molekuláris paraziták vagy domesztikált rezidensek? volt. Mint mindig, most is egy igazán érdekes bemutatónak lehettünk szem és fültanúi.

transzpozon2

A transzpozonok „ugráló gének”, helyesebben mobilis genetikai elemek, mert szigorúan nézve ezek a DNS vagy RNS szakaszok nem csak az egyes géneket jelölik, hanem akár mobilizált géntöredékeket is. Barbara McClintock fedezte fel őket a kukorica pigmentációval kapcsolatban, és 1951-ben publikált róluk először cikket. Ezt a tudományos világ először közönnyel fogadta, a kutatót „hibbantnak” titulálták, mivel elmélete szembement a mendeli genetikával, amely akkoriban az egyetlen elfogadott öröklődéssel kapcsolatos hipotézis volt. Később rájöttek, hogy ez a jelenség nem csak erre a növényre jellemző, hanem szinte minden élőlényben előfordul, így 1983-ban a hölgyet Nobel-díjjal jutalmazták.

transzpozon1

Csoportosításuk többféleképpen történhet. Az alapján, hogy hogyan történik a transzpozíció beszélhetünk konzervatív transzpozonokról, amelyek – informatikai szakzsargonnal élve – „cut and paste” módszerrel működnek. Ez azt jelenti, hogy kivágódnak a DNS-szálból és máshova beintegrálódnak, ezzel nem növelve kópiaszámukat, sem a DNS állományt. Ám szó eshet replikatív transzpozonokról is, melyek „copy and paste” módszerrel dolgoznak. A DNS szálról képződik egy RNS átirat, amelyről a reverz transzkripció segítségével cDNS (copyDNS) képződik, ami így már beinszertálódhat a genomba. Ezzel növelik a kópiaszámukat és a DNS állományt is. Attól függően, hogy használnak-e RNS intermediert (átmeneti terméket) az „ugráshoz” megkülönböztetünk DNS és RNS (retro-) transzpozonokat. Előbbiek nem alkalmaznak ilyet, szerkezetüket tekintve két inverted repeat (IR, „fordított ismétlődő”) között található egy transzpozáz (az ugrálást végrehajtó) gént kódoló szekvencia. Ha ez a gén átíródik, akkor IR-ek mentén elhasítja a DNS-t és a kiszakított szakaszt egy másik helyre illeszti be. Ezek túlnyomó része a fent említett „cut and paste” mechanizmussal működik. Ezzel szemben az RNS transzpozonok már jóval komplexebbek, több típusuk is ismert és működésükhöz egy reverz traszkriptáz nevű enzim is szükséges. Vajon a DNS vagy az RNS transzpozonokból van több? Erre a kérdésre nem lehet egzakt módon válaszolni, hiszen attól függ, hogy melyik szervezetet nézünk. A sörélesztő (Saccharomyces cerevisiae) például csak RNS, míg a trichomoniázist okozó patogén (Trichomonas vaginata) csak DNS transzpozonokkal rendelkezik. Az ember túlnyomó részt (>80%) RNS-típusút hordoz magában, de azért fellelhető genomjában a DNS-típusú is. Sokáig a kutatók úgy hitték, hogy az emberi genom 99%-a „szemét” (junk DNA), nincs funkciója.  Tényleg a DNS-ünk nagy részét értelmetlenül cipeljük magunkkal? Az ENCODE projektnek hála kiderült, hogy ez az elmélet nem igaz. A teljes genetikai állományunk körülbelül 45%-a ilyen traszpozábilis elem. Kimutatták, hogy az örökítő anyagunk 80-85%-áról történik átírás (traszkripció), vagyis még a transzpozonokról is, így tehát nem lehet funkciótlan.

Most már tudjuk, hogy hogyan is néznek ki ezek a struktúrák, de vajon mik is ezek? Nevezhetjük őket molekuláris parazitáknak, hiszen „céljuk”, hogy egyre többet és többet hordozzunk magunkban belőlük. Ez egybevág Richard Dawkins önző gén elméletével. Ám tekinthetjük őket a molekuláris evolúció mozgatórugóinak is, hiszen genom formáló hatásúak is. Baktériumoknál például ez lehet az antibiotikum rezisztencia gének egyik terjedési módja (a másik persze a horizontális géntranszfer). Illetve akár az emberi DNS-ben is találhatunk olyan részeket, amelyek szerkezetükben nagyon hasonlítanak rájuk, ezeket domesztikálódott transzpozonoknak tekinthetjük. Ilyen például a RAG rekombináz, amely az immunoglobulinok nehéz láncának repertoárját alakítja ki, ezáltal esszenciális jelentőséggel bír az adaptív immunválasz kialakításában. Ugyan így az ecetmuslica (Drosophila melanogaster) telomeráz enzime is retrotraszpozon felmenőket tudhat magáénak.

Hogyan formálhatják a genomot? Ha a retrotranszpozonok „copy and paste” mechanizmusának életciklusát nézzük, akkor azt láthatjuk, hogy erről a szekvenciáról készül egy átirat (mRNS, messenger/hírvivő RNS), amely kikerül a sejtmagból a citoplazmába és hozzá kapcsolódik a reverz transzkriptáz, amely cDNS-t készít. Ám ez a reverz transzkriptáz van, hogy téved és van, hogy nem a saját mRNS-ét „kapja el”, így félrelép, és egy más génről készült mRNS-t vagy annak egy darabját írja át cDNS-re. Ha ezek olyan szekvenciák, amelyek az eredeti fehérje képzésében nem vesznek rész (például intronok), akkor beszélünk processzált pszeudogénekről. Így később akár még fehérje is lehet belőlük.

transzpozon4

Az lenne logikus, hogy ha a retrotranszpozonok igazán a csíravonal sejtjeiben lennének aktívak és a szomatikus (testi) sejtekben nem. Pár évvel ezelőtt egér neuronális progenitor (elődsejt) sejteket vizsgáltak a kutatók és azt találták, hogy itt a LINE1 (Long Interspersed Nuclear Element, a retrotranszpozonok közül az egyik) aktivitása igen magas, ami egy mozaikosságot hoz létre az idegsejtek között. Ez lehetőséget biztosít ezen sejtek között a klonális szelekcióra. Talán ezért sem tudunk tökéletesen klónozni, nem mintha akarnánk…

Természetesen a tudósok ezt a jelenséget hasznosítani tudták a vizsgálataik során. Két magyar kutató, Ivics Zoltán és Izsvák Zsuzsanna halban felfedeztek egy már nem működő (konzervatív) transzpozon3transzpozont, amibe életet leheltek. Elnevezték Sleeping Beauty-nak (Csipkerózsika, SB), amely így már képes akár más organizmusok genetikai módosítására is, ezzel bővítve a génbeviteli eszköztárat. Későbbiekben az SB alkalmas lehet génterápiás használatra, s már zajlanak kísérletek a hiperaktív formájának B-limfómás betegeken való klinikai alkalmazására, egészen jó eredménnyel. Azóta persze más nyugvó mobilis genetikai elemeket is feltámasztottak, ilyen például a PiggyBac is.

 

Orbán Tamás beszámolt arról is, hogy kutatócsoportjával az SB-t alkalmazva géneket visznek be őssejtekbe, amelyekből szívizom szerű sejtekcsomókat differenciáltatnak. Ez azért is nagyszerű, mert egy fluoreszcens fehérje (GFP) bevitele esetén farmakológiai tesztelések hajthatók végre. Ennek jelentősége óriási, hiszen a legtöbb gyógyszer mellékhatása valamilyen szívkárosodás, amelyeket így nem az embereken kéne tesztelni és rossz eredmények esetén kivonni a forgalomból, hanem előtte ilyen in vitro modellen is kipróbálható lenne. Ez az alkalmazáscsökkentené a szívproblémák kialakulásának esélyét. Ugyan ilyen módszerrel transzgenikus egereket is létrehoztak, amelyeken így már élettani vizsgálatok is igen jól végezhetők.

Hát ilyenek ezek a traszpozonok, talán ők a világ urai?

Kelemen Andi