Újabb titkok az emberi genomról

A Yale egyetem kutatóinak a napokban, a Nature folyóiratban közzétett cikke új nézőpontokkal bővíti az emberi genom szerkezetéről alkotott képünket – írja a MedBio. A többsejtű szervezeteknek, mint amilyen az ember is, fontos előnye, hogy a testet felépítő számos sejtféleség között a génjeinkben meghatározott munkamegosztás alakul ki, egy-egy sejttípus jól körülhatárolt feladatokat lát el, mindeközben harmonikus egészet alkotva.

Ez a változatosság azonban egy közös, átfogó tervrajz alapján valósul meg: szervezetünk minden egészséges sejtje a genetikai információnak ugyanazt a másolatát, ugyanolyan DNS kettős spirált hordoz sejtmagjában: sokféleségük abból ered, hogy ezt az információt más és más módon használja fel egy idegsejt, vagy például egy zsírsejt. Az ivarsejtek legfőbb megkülönböztető tulajdonsága, hogy a genetikai információt − a testi sejtektől eltérően − nem kettő, hanem csak egy-egy példányban hordozzák. Míg tehát az egyedek közötti különbségek DNS-ük különbségein alapulnak, az adott egyed szervezetén belül már minden egészséges sejtben közel ugyanazt a DNS-kódot kellene találnunk. A napokban közzétett eredmények azonban tovább árnyalják a DNS-ünk egyformaságáról kialakult képet.

Átprogramozott sejtek

A kísérletek során Flora Vaccarino csoportja két család hét tagjából vett bőrsejtmintákból hozott létre úgynevezett indukált pluripotens őssejteket (iPS). Ez az eredeti sejtek átprogramozását jelenti, amelyről a kutatók úgy gondolták, hogy kópiaszám-variációt okozhat az utódsejtekben. Ezen variációk a kromoszómák hosszú, akár több ezer bázispárt átívelő szakaszainak véletlenszerű megkettőződését vagy elvesztését jelentik, így a szerkezeti variációk fontos és sokat kutatott kategóriáját képviselik.

A kutatók azonban arra a következtetésre jutottak, hogy a különböző bőrsejtektől eredő húsz iPS sejtvonalban megfigyelhető változások nem feltétlenül a sejtek átprogramozása során keletkeztek. A variációk legalább ötven százalékáról állítható, hogy azok már a kiindulási alapként szolgáló testi sejtekben is jelen voltak, viszonylag ritka előfordulásuk miatt azonban ez nem volt szembeötlő. Az eddig elfogadott elképzelés, mely szerint testi sejtjeink azonos információkészletet hordoznak, de azt eltérően használják azt fel, a jövőben ezek alapján módosulhat.

A vizsgálatokhoz rendelkezésre álltak a kísérletben résztvevő hét személy bőrsejtjeiből előállított sejtkultúrák; a fent említett átprogramozás után húsz iPS, valamint a humán genom referencia szekvenciája, amely bárki számára elérhető internetes adatbázisokban.

Az iPS sejtek DNS-ét az egyéb sejtalkotóktól megtisztítva azok bázis-sorrendjét úgynevezett második generációs szekvenátorral határozták meg. A kapott eredményeket a már feltérképezett referencia genommal hasonlították össze. A nukleotidsorrend ugyanis önmagában csupán egy rettentően hosszú betűhalmaz, a referenciagenomban azonban hosszú évek fáradságos – napjainkban is zajló – munkájával feltérképezték a kromoszómák és gének elhelyezkedését, azok lehetséges funkcióit, bizonyos variációit.

Erre a sablonra lehet felhelyezni az újonnan szerzett információkat és összehasonlítani, hogy ahhoz képest milyen eltéréseket, szerkezeti átrendeződéseket, hibákat tartalmaznak az éppen vizsgált sejtek. Az emberiség genetikai sokszínűségéről úgy kaphatunk minél átfogóbb, teljesebb képet, ha minél több egyén genomját hasonlítjuk ilyen módon össze, és térképezzük fel a köztük rejlő különbségeket.

Gyanús variációk

Az indukált őssejtekben így összesen 74 kópiaszám-variációt találtak – tekintve, hogy húsz sejtvonalat vizsgáltak, ez sejtvonalanként csak néhány variációt jelent. Ezután azonban megvizsgálták: vajon valóban az őssejtképzés, az átprogramozás során keletkeztek ezek a variációk? Gyanúra adott okot, hogy ugyanazt az eltérést találták meg két olyan sejtvonalban, amelyek azonos bőrsejtkultúrából származtak: a kópiaszám-variációk alacsony számát tekintve nagyon valószínűtlen, hogy egymástól függetlenül alakulhattak egyformán.

Az ellenőrzés érdekében a 74-ből húsz, jól körülírt variációt választottak ki. Ezeket a DNS-szakaszokat PCR technikákkal keresték a megfelelő kiindulási bőrsejtekben, és tíz alkalommal kaptak pozitív eredményt. Ez azt mutatja, hogy a kópiaszám-variációk fele már az őssejt-képzés előtt jelen volt a humán bőrsejtekben, tehát nem tartalmazta az összes sejt ugyanazt a genetikai állományt. Összesítve mintegy harminc százalékra becsülték a kópiaszám-variáció előfordulását ebben a sejttípusban, hangsúlyozva, hogy más sejttípusokban ez az arány egészen eltérő lehet.

További kísérletekkel kimutatták, hogy a várakozásoknak megfelelően alakult a variációkban érintett gének kifejeződése. Amikor egy génszakasz törlődött, csökkent a gén kifejeződése, míg ha megkettőződött, akkor nőtt. Mivel a bőrsejteket sejttenyészetben tartották fenn, felmerül a kérdés, hogy az adott variációk a tenyészeten belül, nem pedig az emberi testben alakultak ki – ezt a lehetőséget a kevés beavatkozás miatt tartják valószínűtlennek: a sejteket csak a minimálisan szükséges kísérleti eljárásoknak tették ki. A korábban végzett, hasonló jellegű kísérletek pedig vagy kisebb mintaszámmal és más sejttípuson, vagy kevésbé érzékeny módszerekkel történtek, ezért nem mutathattak hasonlóan szignifikáns eredményeket.

A daganatos betegségek diagnosztizálásában eddig is komoly reményeket fűztek a kópiaszám-variációk vizsgálatához, az új eredmények fényében azonban lehetséges, hogy a jövőben a genom működésének megértésében is fontos szerepet játszik majd a jelenség.