Megszólalhat a DNS néma szála is

Amerikai kutatók olyan új génszabályozási folyamatot fedeztek fel, amelyben a DNS két szála egyaránt fontos szerepet játszik. Kiderült: mind a két egymáshoz illeszkedő, ellentétes DNS-szál kódolhat olyan molekulákat, amelyek részt vesznek a sejtekben lezajló folyamatok szabályozásában. Manolis Kellis professzor és munkatársa, Alexander Stark a jelenséget ahhoz hasonlították, mint ahogy egy fémkiöntő forma és a segítségével mintázott fémdarab egyaránt eszközként használható, noha egymás "negatívjai".

Eddig azt gondolták a kutatók, a DNS kettős-spiráljának csupán egyik szála játszik aktív szerepet a gének kifejeződésében. Az MIT (Massachusetts Institute of Technology) biológusai erre az általános szabályra találtak most meglepő ellenpéldákat. Bizonyos - a génszabályozásban fontos - RNS-molekulák, ún. mikroRNS-ek (miRNS-ek) létrehozásában a DNS mindkét szála részt vesz.

Amikor a sejt osztódása előtt a DNS megkettőződik (ezt a folyamatot nevezik replikációnak), mindkét száláról egy-egy új másolat készül. Ha viszont a DNS-molekula információja alapján RNS jön létre (ezt a folyamatot nevezik átírásnak vagy transzkripciónak), ekkor rendszerint csak az egyik szál szolgál mintaként, ez alapján készül el az RNS-átirat. A DNS másik, ún. "néma szála" , eddig úgy tudtuk, nem vesz részt az RNS képződésében.

Mostanáig fel sem merült az az elképzelés, hogy létezhetnek kettősszálú DNS-szakaszok, amelyek mindkét fele működő RNS terméket kódol - mondják a kutatók. A felfedezést követő további vizsgálataik is igazolták, valóban erről van szó. Noha egyelőre csak gyümölcslégyben és egérben sikerült azonosítani ilyen géneket, más fajokban is előfordulhat hasonló "furcsa" jelenség.

Összefutnak a szálak

A DNS kétszálú molekula: két egymással szemben elhelyezkedő és ellentétes irányba futó lánc alkotja. Négyféle építőelem, ún. nukleotidbázis sorrendje hordozza a genetikai információt. Ez a négy nukleotid: az adenin (A), a guanin (G), a citozin (C) és a timin (T). Az örökítőanyagunkban kódolt információ tehát leírható egy négybetűs ABC-vel. A kétszálú DNS-t úgy kell elképzelnünk, mintha két (négybetűs ABC-vel írott) "szöveg" lenne egymásra fektetve. Ezek - a molekula kémiai sajátosságai miatt - pontosan ellentétei (komplementerei) egymásnak. Az egyik "szöveg" A-betűivel szemben a másik "szövegben" T-betűk, a C-betűkkel szemben pedig G-betűk szerepelnek.

A sejtek működésében kulcsszerepet játszó RNS-ek a DNS "útmutatása" alapján készülnek. Azonban a DNS-sel ellentétben, az RNS csak egyszálú molekula. A legtöbb RNS-molekula a fehérjék termelődésében (szintézisében) vesz részt: az általa hordozott információ különböző fehérjékre "fordítódik le" a genetikai kód alapján. Ez a kód, amely lényegében az egész élővilágban egyforma (univerzális), meghatározza, hogy a fehérjéket felépítő aminosavaknak mely nukleotidhármasok (az RNS-molekula mely "hárombetűs" szakaszai) felelnek meg.

Az RNS molekulák hordozta információ tehát a legtöbb esetben lefordítható "RNS-nyelvről" "fehérjenyelvre". Léteznek azonban olyan RNS-molekulák is, amelyek egészen más feladatot látnak el a sejtben. Egyes típusaik, amelyek mikroRNS-ként ismertek, fontos szabályozószerepet játszanak a gének kifejeződésében. Ezek a parányi nukleinsav molekulák szintén a sejt örökítőanyagában kódolt információ alapján képződnek. Hajtű-alakú térbeli struktúrát vesznek fel, amely úgy jön létre, hogy az RNS-szál nagyjából egymáshoz illő, ellentétes (komplementer) szakaszai visszahajlanak, és összekapcsolódnak. Ezután a hajtű-struktúra két "karja" közül az egyik működőképes, "érett" miRNS-molekulává alakul. A miRNS-ek más gének aktivitását befolyásolják. Az egyre fontosabbnak tűnő folyamat felfedezéséért, illetve leírásáért Andrew Z. Fire és Craig C. Mello 2006-ban orvosi Nobel-díjat kapott.

Egy gén, négy funkció?

Az MIT kutatócsoportjának mostani meglepő felfedezése szerint bizonyos miRNS-gének átírásában nem csupán az egyik, hanem mindkét DNS-szál részt vesz. A vizsgálatok kimutatták, hogy a DNS "néma" száláról is készülhet miRNS, és ez is hajtű alakot vesz fel, majd az egyik "karja" működőképes szabályozó molekulává alakul. Kellis és Stark két ilyen miRNS párt is talált a gyümölcslégyben, és még nyolc hasonló párt az egérben.

A mostani felfedezés egy korábbi eredménynek is köszönhető. Decemberben Stark és Kellis beszámoltak arról, hogy egyetlen miRNS-molekula hajtű alakú szerkezetének mindkét "karjából" kialakulhatnak működőképes miRNS-ek, amelyek aztán más-más szabályozószerepet töltenek be. A két felfedezés együtt arra utal, hogy egyetlen gén négy különböző funkciót is kódolhat, hiszen mindkét DNS-szálról keletkezhet egy-egy hajtű-szerkezet, s mindkét átiratnak két-két molekuláris "karja" van.

A friss eredmények arra is rámutatnak, milyen hasznosak a számítógépes módszerek az összehasonlító genetikai vizsgálatokban. Kellis csoportja ilyen eszközzel próbál pontosabb képet kapni a fehérjekódoló génekről, az RNS-ekről és a miRNS-ekről különböző élő szervezetekben: az élesztőtől kezdve a gyümölcslégyen és az egéren át egészen az emberig. Mint a professzor mondta: "új utak nyílnak a genomikában, örökítőállományunk kutatásában - biológiai felfedezések már nem csak a laborasztalnál, hanem a számítógépek előtt is   születnek."