x
x

Genomska 'tamna tvar' je ipak važna?

  29.12.2022.

Tim molekularnih biologa predvođen dr. sc. Nevenkom Meštrović Radan s Instituta Ruđer Bošković (IRB), u međunarodnoj suradnji s kolegama s francuskog Instituta INRAE u Sophia Antipolis i Agronomskog instituta u Ljubljani, pokazao je da aktivna i koordinirana transkripcija satelitnih DNA, među srodnim genomima i tijekom razvoja, a zajedno s pronađenim očuvanim DNA segmentima, ukazuje na funkcionalnu kompetentnost ovog dijela genoma. Rezultati istraživanja objavljeni su uglednom časopisu iz područja biologije BMC Biology.

Genomska 'tamna tvar' je ipak važna?

Kada kažemo genom, prva asocijacija su geni. Međutim, suprotno općem shvaćanju, geni su samo mali dio genoma živih organizama, uključujući čovjekov u kojem geni čine udio od tek par postotaka. Zapravo, značajan dio genoma sazdan je od različitih nekodirajućih DNA regija nazvanih još i 'tamna tvar' genoma, od kojih su najzastupljenije satelitne DNA. Štoviše, genomi često posjeduju veliki broj potpuno različitih satelitnih DNA čineći satelitom, a njihova funkcija je uglavnom nepoznata. 

Slično 'tamnoj tvari' u astrofizici, satelitne DNA se opiru opservaciji zbog svoje specifične strukture koja se odlikuje dugim nizovima ponovljenih sekvenci DNA te njihovoj iznimnoj sklonosti da se mijenjaju daleko brže od gena. Stoga su relativno dugo bile nedostupne dubljim analizama zbog ograničene metodologije analize genoma.

Za razliku od gena koji kodiraju proteine i tako prenose svoju funkciju u organizmu, satelitne DNA ne kodiraju proteine te su na neki način inertne. Međutim, na globalnoj razini čine veliki udio u genomu. Njihovom evolucijom upravljaju drugačiji mehanizmi i trendovi u komparaciji s genima koji još nisu u potpunosti poznati. Uslijed svega navedenoga, satelitne DNA su ostale zanemareni dio genoma koji se do nedavno smatrao potpuno beskorisnim genomskim smećem.

Međutim, akumulacija eksperimentalnih podataka prikupljenih posljednjih godina i pojava novih pristupa temeljenih na sekvenciranju cjelokupnih genoma i transkriptoma te njihova visokoučinkovita analiza otvorili su nove perspektive u istraživanju koje mijenjaju naše razumijevanje ovog dijela genoma.

Posljednjih godina ove nekodirajuće sekvence katapultirane se u žarište interesa iz dva razloga. Prvo, postalo je jasno da bez dostupnosti ovih sekvenci, genomi, pa tako ni ljudski, neće nikada biti kompletirani. Drugi razlog su bila istraživanja koja su ukazala na postojanje patofiziološkog doprinosa transkripcije satelitnih DNA u napredovanju raka.

Međutim, velik broj pitanja vezanih za njihovu ulogu i evoluciju ostaje i dalje otvoren. Jedno od njih je svakako zašto nešto toliko promjenjivo postoji i opstaje u svim genomima i koje uloge može imati s obzirom na toliku različitost i promjenjivost?

Glavna hipoteza u istraživanju znanstvenika sa IRB-a je bila da analiza vrlo srodnih genoma i njihovih transkriptoma može ukazati na konzervirane značajke satelitoma među različitim vrstama, koje će govoriti u prilog funkcionalnim kapacitetima satelitnih DNA. Za ovu studiju odabrane su srodne vrste oblića, koji su se pokazali  kao odličan model za različite evolucijske studije.

Ovo istraživanje je nedavno objavljeno u uglednom časopisu  Molecular Biology and Evolution.

Prvi korak u daljnjim istraživanjima nekodirajućeg dijela je njihovo sagledavanje u funkcionalnom i strukturnom smislu na razini cijelih genoma. U dosezanju ovog cilja će biti iznimno važna nedavno razvijena tehnologija Nanopore sekvenciranja, a koja omogućava sekvenciranje vrlo dugih komada DNA što je osnovni preduvjet za dublje analize ovog dijela genoma. Osim evolucijskih studija gdje će nekodirajuće sekvence svakako dati veliki doprinos, dostupnost ovog dijela genoma promijenit će i pristup analize mutacija koje stoje u podlozi različitih bolesti. Do sada su uglavnom te promjene bile istraživane samo u području gena dok je preostali, značajni dio genoma bio potpuno zanemaren.