Ενα επίτευγμα εφάμιλλο με την αποκωδικοποίηση του ανθρωπίνου γονιδιώματος ανακοινώθηκε την περασμένη εβδομάδα. Σε 30 άρθρα τα οποία φιλοξενούνται σε τέσσερις επιστημονικές επιθεωρήσεις («Nature», «Science», «Genome Biology» και «Genome Research») οι 440 ερευνητές από 32 διαφορετικά ερευνητικά ινστιτούτα που συμμετείχαν στο πρόγραμμα ENCODE (Encyclopedia of DNA Elements, εγκυκλοπαίδεια στοιχείων του DNA) παρέδωσαν στην παγκόσμια επιστημονική κοινότητα τα αποτελέσματα των κόπων τους των τελευταίων πέντε ετών. Ο όγκος της πληροφορίας είναι τεράστιος, ξεπερνά τα 15 terrabytes! Σημαντικότερη όμως και από τον όγκο των δεδομένων είναι η ουσία τους: εξετάζοντας 147 διαφορετικούς κυτταρικούς τύπους και εκπονώντας 1.649 διαφορετικά πειράματα, οι ερευνητές μπόρεσαν να διεισδύσουν στα λειτουργικά μυστικά του DNA. Τα συμπεράσματά τους καταδεικνύουν πως το γενετικό υλικό μας είναι πολύ πιο δυναμικό απ’ ό,τι νομίζαμε ως σήμερα και αλλάζουν τη θεώρησή μας για τη φυσιολογία αλλά και την παθολογία του ανθρώπινου οργανισμού.
Γιατί είναι τόσο λίγα τα γονίδια;
Ο ελληνικής καταγωγής ερευνητής του Πανεπιστημίου Ουάσιγκτον κ. Γ. Σταματογιαννόπουλος υπογράφει δύο από τα 30 άρθρα του ENCODE.
Η αποκωδικοποίηση του ανθρωπίνου γονιδιώματος στις αρχές της δεκαετίας του 2000 υπήρξε αναμφίβολα ένα σημείο καμπής στην ιστορία της Βιολογίας. Για πρώτη φορά είχε ολοκληρωθεί ένα πείραμα μεγάλης κλίμακας το οποίο απέδωσε τους αναμενόμενους καρπούς. Ενάντια σε όλες τις προβλέψεις, οι ερευνητές είχαν πετύχει να διαβάσουν το σύνολο της πληροφορίας που απαιτείται για τη δημιουργία ενός ανθρώπου. Από τις βασικότερες εκπλήξεις που επεφύλασσε στους ερευνητές αυτή η πληροφορία ήταν ο μικρός αριθμός των γονιδίων μας. Βασισμένοι στην πολυπλοκότητα του ανθρώπινου οργανισμού οι επιστήμονες εκτιμούσαν ότι τα γονίδιά μας θα έπρεπε να ξεπερνούν τις 100.000. Διαπιστώθηκε ότι δεν διαθέταμε παρά 20.000 γονίδια τα οποία κάλυπταν το 2% της αλληλουχίας του DNA και το παράδοξο όφειλε να εξηγηθεί. Με άλλα λόγια, οι ερευνητές έπρεπε να εξηγήσουν πώς είναι δυνατόν τόσο λίγες οδηγίες να γεννούν έναν τόσο πολύπλοκο οργανισμό. Μπορούσε άραγε ένα γονίδιο να έχει πολλά πρόσωπα; Να αξιοποιείται διαφορετικά από διαφορετικούς ιστούς; Και αν ναι, πώς;
«Σκουπιδο-DNA» και πολύπλοκες μεταγραφές
Ο εντοπισμός των θέσεων του DNA πάνω στις οποίες προσδένονται ρυθμιστικά μόρια ήταν ένας από τους στόχους του προγράμματος ENCODE
Βασικό συμπέρασμα του προγράμματος ENCODΕ είναι η εξέχουσα σημασία του λεγόμενου «junk» DNA. Πρόκειται για το DNA το οποίο δεν περιέχει γονίδια και το οποίο, όταν ανακαλύφθηκε πριν από περίπου 40 χρόνια, είχε θεωρηθεί άχρηστο. Και ενώ τα τελευταία χρόνια γινόταν βαθμηδόν κατανοητό ότι ο χώρος μεταξύ των γονιδίων δεν ήταν καθόλου άχρηστος, τα ερευνητικά δεδομένα των επιστημόνων του ENCODE δεν αφήνουν καμία αμφιβολία για τον κεντρικό ρόλο που παίζει στην έκφραση των γονιδίων. Οπως διαπιστώθηκε, οι αλληλουχίες ανάμεσα στα γονίδια παίζουν ρόλο ρυθμιστή στην έκφραση των γονιδίων υποδεικνύοντας ποια από αυτά θα είναι λειτουργικά, σε ποιον ιστό και σε ποια χρονική στιγμή.
Ο ρυθμιστικός ρόλος των περιοχών αυτών μπορεί να είναι διαφορετικός: άλλες συνιστούν τα σημεία πρόσδεσης των ενζύμων που απαιτούνται για να αρχίσει η έκφραση ενός γονιδίου, άλλες ενισχύουν την έκφραση και άλλες, αντιθέτως, την καταστέλλουν. Ανακαλύφθηκαν δε και ορισμένες περιοχές οι οποίες κωδικοποιούν τη σύνθεση μορίων RNA μεγάλου μοριακού βάρους, πράγμα το οποίο αποτελεί και τη μεγάλη έπληξη. Ουδείς γνωρίζει προς το παρόν τον ρόλο αυτών των μορίων RNA, ενώ οι κωδικές περιοχές τους είχαν αγνοηθεί εντελώς ως σήμερα. Είναι χαρακτηριστικό ότι, όπως διαπίστωσαν οι ερευνητές, το 75% του γονιδιώματος μεταγράφεται σε κάποιο κύτταρο κάποια χρονική στιγμή. Με άλλα λόγια, τα δύο τρίτα του γονιδιώματος χρησιμοποιούνται ως κωδική πληροφορία για τη σύνθεση ορισμένων μορίων. Και σαν τα παραπάνω να μην ήταν αρκετά, αποκαλύφθηκε ότι οι περιοχές που ρυθμίζουν την έκφραση ενός γονιδίου μπορούν να είναι πολύ απομακρυσμένες από αυτό.
Αλλά δεν είναι μόνο το «junk» DNA που επεφύλασσε εκπλήξεις για τους επιστήμονες. Το ίδιο ίσχυσε και για τις κωδικές περιοχές. Αντίθετα απ’ ό,τι πιστευόταν ως σήμερα, τα γονίδια μεταγράφονται και από τις δύο συμπληρωματικές αλληλουχίες του DNA, ενώ από τη μεταγραφή τους προκύπτουν μόρια διαφορετικού μήκους. Συνολικά, τα δεδομένα του ENCODE αλλάζουν δραματικά τη θεώρηση των επιστημόνων για τη δυναμική του γονιδιώματος και αποδυναμώνουν τη θέση του γονιδίου ως μονάδας της κληρονομικότητας. Οπως φαίνεται, δεν αρκεί να διαθέτει κανείς ένα γονίδιο για να απολαύσει τα πιθανά οφέλη του. Είναι απολύτως απαραίτητο να διαθέτει και τον μηχανισμό που θα επιτρέψει την εύρυθμη στον χώρο και στον χρόνο έκφρασή του.
Θα μάθουμε γιατί και πότε αρρωσταίνουμε
Πηγή : tovima.gr