Ludzki genom to nie tylko geny kodujące białka. Tworzą go też sekwencje niekodujące, nazywane często „śmieciowym DNA”. Chociaż wcześniej myślano, że nie jest nam ono do niczego potrzebne (na co mogłaby wskazywać taka nazwa), to w ciągu ostatnich lat ten pogląd zupełnie się zmienił.

Naukowcy z National Institutes of Health (NIH) w Stanach Zjednoczonych zajęli się badaniem genów retrowirusowych stanowiących do 8% ludzkiego genomu i nazywanych ludzkimi endogennymi retrowirusami (HERVs, ang. human endogenous retroviruses). W toku ewolucji zostały włączone do ludzkiego DNA. Co ciekawe, niektóre z tych genów ulegają ekspresji, a kodowane przez nie białka mogą pełnić różne funkcje w organizmie. Najlepszym przykładem jest tutaj gen HERV-W, którego produkt – syncytyna – jest niezbędny w procesie rozwoju płodu. Chociaż “śmieciowe” geny z początku były postrzegane jako nieaktywne, okazuje się, że mogą być zaangażowane w rozwój embrionalny człowieka, powstawanie niektórych nowotworów oraz uszkodzenia neuronów zachodzące w stwardnieniu rozsianym.

Wkomponowanie genów HERV-K, a dokładniej podtypu HML-2, do naszego DNA nastąpiło stosunkowo niedawno, biorąc pod uwagę długi czas ewolucji ludzkiego genomu. Przypadkowa ekspresja HML-2 zachodzi w wielu stanach patologicznych organizmu. W ludzkim genomie znaleźć można około 140 kopii HERV-K, a niektóre z nich są unikalne. W jednej z najnowszych prac naukowcy pokazują, że geny te mogą być pomocne w kontrolowaniu dojrzewania i różnicowania komórek macierzystych w neurony.

„Zrozumienie dokładnej roli HML-2 w zakresie funkcjonowania komórek macierzystych oraz rozwoju układu nerwowego może zmienić nasz pogląd na rozwój człowieka – piszą autorzy pracy. – Może mieć to ogromny wpływ na badanie patogenezy różnych schorzeń i znalezienie nowych metod leczenia.”

Większość eksperymentów przeprowadzono na komórkach krwi uzyskanych od zdrowych ochotników. Zostały one zmienione genetycznie w pluripotencjalne komórki macierzyste, mające zdolność przekształcania się w każdy typ komórki występującej w ludzkim ciele. Naukowcy odkryli, że powierzchnia komórek macierzystych pokryta była dużą ilością HERV-K (podtyp HML-2) – białkiem powłokowym, które wirusy często wykorzystują do infekowania komórek. Wyłączając gen HERV-K HML-2 lub stosując przeciwciało “blokujące” go, badacze przyspieszyli proces przekształcania komórek macierzystych w neurony. Przeciwny efekt uzyskali poprzez sztuczne „naładowanie” komórek genami HML-2. W tym przypadku różnicowanie się komórek w neurony było opóźnione. W ostatnim etapie doświadczenia odkryto, że jedno z białek komórek układu odpornościowego – CD98HC – może wchodzić w interakcję z HML-2. Prowadzi to do aktywacji ścieżki sygnałowej regulującej funkcje komórek macierzystych.

„Włączanie i wyłącznie ekspresji genu HML-2 może mieć istotne znaczenie w zakresie regulacji kruchej równowagi pomiędzy zachowaniem charakteru pluripotencjalnego komórek macierzystych a ich różnicowaniem się w neurony” – piszą naukowcy w podsumowaniu pracy. „Zaburzenie tej równowagi może potencjalnie przyczyniać się do tworzenia nowotworów, jak i wystąpienia procesów neurodegeneracyjnych.”

Jak widać, nasz genom skrywa wiele niespodzianek. Odkrycie ich wszystkich krok po kroku z pewnością pomoże naukowcom zrozumieć podłoże wielu chorób oraz, być może, znaleźć na nie lekarstwo. Ustalenia naukowców z NIH dają podstawy, by przypuszczać, że “śmieciowe DNA” może mieć dużo większe znaczenie dla organizmu niż do tej pory uważano.

Bibliografia:
Wang T. et al., Regulation of stem cell function and neuronal differentiation by HERV-K via mTOR pathway. PNAS 2020

Dodaj komentarz