Του Χαράλαμπου Μυλωνά,
Το DNA ανακαλύφθηκε περί το 1869, ενώ οι ιδιότητες που το καθιστούν κατάλληλο ως γενετικό υλικό εξηγήθηκαν λεπτομερώς μετά την ανακάλυψη της τρισδιάστατης δομής του, το 1953. Μετά το τεράστιο εγχείρημα της χαρτογράφησης ολόκληρου του γονιδιώματος, προτάθηκε πως το μεγαλύτερο ποσοστό του DNA αποτελεί μία «σαβούρα» που δε χρησιμεύει σε τίποτα. Ωστόσο, ήρθαν δεδομένα στο φως που απέδειξαν πως το junk DNA —ή αλλιώς noncoding DNA— όχι απλώς είναι χρήσιμο, αλλά και απαραίτητο.
Με την ολοκλήρωση του Human Genome Project (HGP) το 2003, φτάσαμε να γνωρίζουμε την αλληλουχία όλων των γονιδίων (τμήματα DNA που κωδικοποιούν πρωτεΐνες) του είδους μας. Ωστόσο, παρατηρήθηκε πως το μεγαλύτερο ποσοστό του ανθρώπινου DNA έμοιαζε να μη χρησιμεύει σε κάτι και να αποτελεί μία «σαβούρα», δίχως γνωστή, μέχρι πρότινος, λειτουργία. Λίγους μήνες μετά την ολοκλήρωση του HGP, ένα νέο ερευνητικό project ξεκίνησε: το ENCODE. Η συγκεκριμένη διεθνής ερευνητική συνεργασία έχει στόχο να «αποκρυπτογραφήσει» το junk DNA και να αποκαλύψει τη χρησιμότητά του.
Το DNA αποτελεί το γενετικό υλικό ενός οργανισμού που έχει αποθηκευμένες όλες τις πληροφορίες για τη συγκρότηση και την ομαλή λειτουργία του. Είναι ένα μακρομόριο που αποτελείται από πολλά άλλα μικρότερα μόρια (τα οποία δημιουργούν συγκεκριμένες αλληλουχίες) και σχηματίζει στον χώρο μία δεξιόστροφη διπλή έλικα. Ένα «ξαδερφάκι» του DNA, είναι το RNA. Πρόκειται πάλι για ένα βιομόριο, σημαντικά μικρότερο, το οποίο είναι, κατά μία έννοια, ο αγγελιαφόρος του DNA. Λέει, δηλαδή, στα κύτταρα τι θέλει το DNA να κάνουν.
Το μη κωδικοποιητικό (non-coding) DNA, λοιπόν, είναι το κομμάτι εκείνο του γονιδιώματος που δεν κωδικοποιεί πρωτεΐνες και μπορεί να βρίσκεται ανάμεσα ή μέσα σε γονίδια. Ωστόσο, αποτελεί πολύ χρήσιμο μέρος του συνολικού DNA, αφού περιέχει ρυθμιστικές αλληλουχίες που καθορίζουν πότε και πού ένα γονίδιο ενεργοποιείται ή απενεργοποιείται, επιτρέποντας σε εξειδικευμένες πρωτεΐνες, που ονομάζονται μεταγραφικοί παράγοντες, να ενεργοποιήσουν ή όχι την παραγωγή μίας πρωτεΐνης. Το non-coding DNA περιλαμβάνει κι άλλες αλληλουχίες, όπως αυτές για την παραγωγή διαφόρων ειδών RNA, τα τρανσποζόνια, το επαναλαμβανόμενο DNA, τα ψευδογονίδια και τα ιντρόνια, που θα αναλυθούν στις επόμενες παραγράφους.
Το RNA, όπως αναφέραμε και πριν, αποτελεί τον αγγελιαφόρο του DNA και είναι υπεύθυνο για μία σειρά λειτουργιών, από την παραγωγή πρωτεϊνών μέχρι τη ρύθμιση λειτουργίας γονιδίων. Προφανώς, δεν αναλαμβάνει ένα είδος RNA όλες τις λειτουργίες, αλλά πολλά. Για παράδειγμα, τα tRNA και rRNA (μεταφορικό και ριβοσωμικό RNA αντίστοιχα) είναι τύποι RNA που παράγονται από non-coding DNA και η αρμοδιότητά τους σχετίζεται με την παραγωγή μίας πρωτεΐνης. Άλλα είδη RNA είναι τα miRNA (microRNA) και τα lncRNA (long non-coding RNA), που σχετίζονται με τον τερματισμό παραγωγής μιας πρωτεΐνης και τη ρύθμιση της γονιδιακής δραστηριότητας αντίστοιχα. Τα είδη αυτά του RNA συγκαταλέγονται στην ομάδα των μη κωδικοποιητικών RNA (ncRNA), αφού δε μετατρέπονται σε πρωτεΐνες, αλλά συμμετέχουν στην παραγωγή των τελευταίων.
Ο κυρίαρχος τύπος μη κωδικοποιητικού DNA είναι τα τρανσποζόνια. Πρόκειται για αλληλουχίες DNA, οι οποίες μετακινούνται από μία θέση σε μία άλλη μέσα στο γονιδίωμα και υπάρχουν σχεδόν σε όλους τους οργανισμούς. Η λειτουργία τους, τώρα, καθορίζεται από το πού θα τοποθετηθούν μετά την αλλαγή θέσης. Αν τοποθετηθούν μέσα σε ένα γονίδιο, το σίγουρο είναι ότι θα επιφέρουν μία μετάλλαξη (αλλαγή της αλληλουχίας του DNA), η οποία μπορεί να μη γίνει αντιληπτή και να μην προκαλέσει τίποτα, αλλά κάποιες φορές να προκαλέσει ασθένειες, όπως η αιμορροφιλία. Άλλα είδη τρανσποζονίων δεν προκαλούν κάποιο «οπτικό» (φαινοτυπικό) αποτέλεσμα, αφού τοποθετούνται σε περιοχές του DNA που όντως δε χρησιμεύουν σε κάτι. Τέλος, πολύ σημαντικό είναι να διευκρινιστεί πως τα τρανσποζόνια δεν είναι πάντοτε βλαβερά ή ουδέτερα, μιας και συμβάλλουν στην εξέλιξη.
Προχωρώντας, έχουμε το επόμενο μεγάλο μέρος του non-coding DNA: το επαναλαμβανόμενο DNA. Πρόκειται για περιοχές που έχουν ποικίλες αλληλουχίες, ακόμα και στα άτομα του ίδιου είδους. Αυτό το χαρακτηριστικό τις καθιστά ιδανικές για χρήση στην εγκληματολογία και την εύρεση του αποτυπώματος DNA ενός ατόμου. Ακόμα, έχει βρεθεί επιρροή του επαναλαμβανόμενου DNA σε εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα, καθώς και σε χρωμοσώματα (μία από τις μορφές που παίρνει το DNA κατά τη διάρκεια της ζωής ενός κυττάρου), αφού σχετίζεται τόσο με τη σύνδεση αντιγράφων χρωμοσωμάτων μεταξύ τους όσο και με τον εκφυλισμό των τελευταίων.
Όσον αφορά τα ιντρόνια, είναι αλληλουχίες DNA που βρίσκονται ανάμεσα σε γονίδια και διακόπτουν ουσιαστικά την αλληλουχία του γονιδίου που κωδικοποιεί μία πρωτεΐνη. Με αυτόν τον τρόπο, συνεισφέρουν στην παραγωγή ποικιλίας πρωτεϊνών από ένα μόνο γονίδιο, αλλάζοντας την αλληλουχία εκείνη που θα κωδικοποιήσει την εκάστοτε πρωτεΐνη. Επίσης, τα ιντρόνια συμβάλλουν και στην αποφυγή μεταλλάξεων σε γονίδια, αν η εκάστοτε μετάλλαξη συμβεί πάνω σε αυτά. Τέλος, για τα ψευδογονίδια δε λέγονται και πολλά, αφού τα περισσότερα δε φαίνεται να έχουν κάποια χρησιμότητα. Ωστόσο, υπάρχουν κάποια που προτείνεται ότι αποτελούν μέρος ενός ρυθμιστικού δικτύου του οργανισμού, που σχετίζεται και με παθολογικές καταστάσεις.
Είναι εκπληκτικό το πώς η επιστήμη μπορεί να φέρει τα πάνω κάτω. Πριν 18 χρόνια, νομίζαμε πως καταλάβαμε τα πάντα για το γονιδίωμα, ενώ τώρα αντιλαμβανόμαστε πως το HGP και το ENCODE είναι μόνο η κορυφή του παγόβουνου. Για αυτόν ακριβώς τον λόγο η έρευνα αποτελεί ένα από τα πιο γοητευτικά κομμάτια της επιστήμης. Δεν βαριέσαι ποτέ! Συνεχώς ανακαλύπτεις κάτι καινούριο που σε βάζει σε νέες σκέψεις και σου δίνει νέες ιδέες!
ΕΝΔΕΙΚΤΙΚΕΣ ΠΗΓΕΣ
- What is noncoding DNA?, medlineplus.gov. Διαθέσιμο εδώ
- The Human Genome Project, genome.gov. Διαθέσιμο εδώ
- Project Overview – ENCODE, encodeproject.org. Διαθέσιμο εδώ
- A. F. Palazzo and T. R. Gregory, The Case for Junk DNA, PLoS Genet. 2014 May; 10(5): e1004351. Διαθέσιμο εδώ
- Pray, L. (2008) Transposons: The jumping genes. Nature Education 1(1):204. Διαθέσιμο εδώ
- L. Salmena, L. Poliseno, Y. Tay, L. Kats, and P. P. Pandolfi, Cell. 2011 Aug 5; 146(3): 353–358. Διαθέσιμο εδώ
