Forró pontok az emberi genomban

A megtermékenyített emberi petesejtek mintegy 10-30 százalékában a normálistól eltérő számú kromoszóma található, ami a legtöbb esetben a fejlődő embrió pusztulását okozza. Ha a rendellenes kromoszómaszámmal rendelkező magzat megszületik, különböző genetikai betegségek, jellegzetes tünetekkel járó kórképek alakulhatnak ki. A rendellenes kromoszómaszám összefüggésben áll a rekombinációs események ritkulásával. Kutatók a közelmúltban a rekombináció szempontjából fontos DNS-szakaszokat határoztak meg.

Az ember normális kromoszómaszáma 46, melynek egyik fele az anyától, azaz a petesejtből, a másik fele pedig az apától, azaz a spermiumból származik. A rendellenes kromoszómaszám (aneuploidia) összefüggésben áll a rekombinációs események ritkulásával. Sok esetben egyáltalán nem történik rekombináció, vagy ha mégis, akkor a megszokottól eltérő módon, illetve helyeken cserélődnek ki a kromoszómaszakaszok. Vannak esetek, amikor a rendellenes kromoszómaszámmal rendelkező zigótából ép ember születik, de ilyenkor kisebb-nagyobb fokú rendellenességek, különböző genetikai betegségek, vagy jellegzetes tünetekkel járó kórképek alakulhatnak ki, mint például a Down-szindróma. A rekombináció pontosabb, részletesebb megismerése segítheti a vele összefüggésbe hozható betegségek megértését és megelőzését.

A rekombináció az ivarsejtek képződésekor, a meiózis nevű folyamat során történik. A meiózis, azaz számfelező sejtosztódás során az anyai és apai kromoszómák párokba rendeződnek, és bizonyos szakaszaik között szoros kölcsönhatások alakulnak ki. Ilyenkor ezek a szakaszok kicserélődhetnek egymással. Az anyai és apai kromoszómák anyagának ilyen jellegű keveredése miatt a genetikai információ a szülőktől eltérő, új kombinációban jelenik meg az utódban.

E fontos folyamatról meglepően keveset tudnak a kutatók, főként az emlősök esetében. Simon Myers és munkatársai (Oxford Egyetem, Nagy-Britannia) a közelmúltban a rekombináció szempontjából fontos DNS-szakaszokat határoztak meg. A munkájukról a Science tudományos folyóirat közölt összefoglaló írást 2005 végén.

Klasszikus rekombinációs vizsgálatok

A rekombináció gyakoriságának becsléséhez korábban fizikai és genetikai térképek összehasonlítását alkalmazták. A genetikai térképek többnyire családfavizsgálatokon alapszanak, melynek során azt vizsgálják, hogy milyen tulajdonságok öröklődnek együtt - azaz jelennek meg ugyanabban a kombinációban, a gyermekben és a szülőben egyaránt. Amennyiben két tulajdonság sok esetben jelenik meg együtt, akkor az értük felelős gének valószínűleg közel vannak egymáshoz a kromoszómán.

Minél közelebb van a két gén egymáshoz, annál kisebb a rekombináció a két gén között. A családfavizsgálatokkal elég jó biztonsággal meg lehet állapítani a gének távolságát a kromoszómán. Ez az "elég jó" azonban még mindig csak azt jelenti, hogy akár több ezer bázispárnyi tévedés is lehet.

A családfavizsgálatokból számos gén helyét, illetve más génekhez viszonyított helyzetét meg tudták állapítani. Továbbá arra is fény derült, hogy nőkben gyakrabban fordul elő rekombináció, mint férfiakban, s rájöttek arra is, hogy a kromoszómák középső szakaszain - a centromerekhez közel - nincsen rekombináció.

Rekombinációs forró pontok

Azt tehát már korában is tudták, hogy hol nem történik rekombináció. Arra is fény derült, hogy rekombináció nem akárhol történik a kromoszómán, hanem vannak ún. "rekombinációs forró pontok", olyan kitüntetett helyek, ahol gyakrabban fordul elő a kromoszómaszakaszok kicserélődése. Myers és munkatársainak a célja az volt, hogy minél nagyobb részletességgel vizsgálják ezeket a pontokat. Ezért olyan új statisztikai módszert fejlesztettek ki, amely a gének kapcsoltsági foka alapján képes megbecsülni a rekombináció gyakoriságát egy kromoszómán. A módszer populációs szintű vizsgálatokat biztosít, aminek előnye, hogy mindkét nemre, férfira és nőre vonatkozóan is szolgáltat információt.

A Humán Genom Program befejezése, azaz az emberi genomot felépítő bázisok sorrendjének leírása lehetővé tette igen pontos genomtérképek megalkotását. Myers és csoportja is ezeket használta föl vizsgálataihoz, melyen az általuk kifejlesztett statisztikai módszer alkalmazásával átlagban 50 ezer bázispáronként találtak egy rekombinációs forrópontot. Megállapították továbbá, hogy a rekombinációs események nagy része (80%) a teljes genomszekvencia 10-20 százalékára összpontosul.

Forró allélok

Az élesztőnél azonosított rekombinációs forró pontokban háromféle szekvenciát azonosítottak. Az alfa-forrópontok olyan szakaszok, melyek fontos szerepet töltenek be a gének működése során (egyes transzkripciós faktorok kötőhelyei). A béta-forrópontok az ún. nukleázszenzitív helyek, a harmadik típushoz pedig GC-gazdag régiók tartoznak, ezek a gamma-forrópontok, azaz olyan szakaszok, ahol sok található a DNS-t felépítő négy bázis közül a guaninból és citozinból.

Az emberi genomra az alfa-forrópontok nem jellemzőek. Ez azt jelenti, hogy ritkán történik kromoszómaszakaszok cseréje a fehérjéket kódoló szakaszokhoz közel. A kódoló régió kezdetétől mintegy 30 ezer bázispárnyira viszont nő a rekombináció esélye. Továbbá az embernél a GC-bázisok magas aránya sem jellemző a rekombinációs forrópontokra.

Myers és munkatársai az új módszer alkalmazásával meghatározták az első olyan szekvenciákat, melyek jelentősen nagyobb számban jelennek meg a forrópontokban, mint azokon kívül. Így fontosnak találtak egy hét nukleotid hosszúságú szakaszt (CCTCCCT). Ez különösen jelentősnek bizonyult, ha egy bizonyos mozgékony genetikai elemben helyezkedik el (a retorivírus-szerű retrotranszpozon LTR-jében). Ennek az elemnek a rekombinációban betöltött szerepét a korábbi, más jellegű vizsgálatok is alátámasztják, hasonlóan egy másik, kilenc nukleotid hosszúságú elemhez (CCCCACCCC).

Az ember, az egér és az élesztő rekombinációs forró pontjainak összehasonlítása során a kutatók kimutatták, hogy a különböző forró pontok intenzitása a gén alléljétől - variánsától - is függ. A rekombináció elindítója az ún. "forró allél". Myers több gén esetében is kimutatta, hogy a gén "forró alléljára" jellemzőek a hét és kilenc nukleotid hosszúságú motívumok. Érdekes megfigyelés volt továbbá, hogy az ember és a csimpánz genomjában a rekombinációs forrópontok helyzete igen eltérő. Ennek evolúciós szempontból lehet jelentősége.

Bodrogi Lilla