Mokslininkai atrado iki šiol nežinomą žmogaus genų funkciją

Kartais žmogaus organizme įvyksta pokytis, kurio neįmanoma pamatyti plika akimi. Ląstelė dalijasi, taiso pažeistą DNR ar reaguoja į infekciją, o šiuos procesus valdo tūkstančiai molekulinių „jungiklių“. Daugelio jų vaidmuo iki šiol buvo tik numanomas. Genetiniame žemėlapyje jie egzistavo, tačiau mokslininkai negalėjo tiksliai pasakyti, ką daro.

Genomo žemėlapyje – vis dar daug baltų dėmių

Nors žmogaus genomas iššifruotas dar prieš daugiau nei du dešimtmečius, vien tik žinoti genų seką nepakanka. DNR galima palyginti su milžiniška instrukcijų biblioteka: joje užrašyta, kaip gaminti baltymus, kada įjungti vieną ar kitą procesą ir kaip ląstelė turėtų reaguoti į aplinką.

Tačiau dalis genų ilgą laiką buvo priskiriami prie vadinamųjų neapibūdintų genų. Mokslininkai žinojo, kad jie egzistuoja ir yra aktyvūs tam tikrose ląstelėse, bet neturėjo aiškaus atsakymo, kokią funkciją atlieka jų gaminami baltymai ar RNR molekulės.

Nauji tyrimai rodo, kad tokie genai nėra atsitiktinis genetinis triukšmas. Kai kurie jų dalyvauja procesuose, kurie gyvybiškai svarbūs ląstelei: kontroliuoja dalijimąsi, padeda palaikyti DNR stabilumą arba perduoda signalus, įspėjančius apie pažeidimus.

Tai keičia požiūrį į genomą. Anksčiau genų funkcija dažnai būdavo sprendžiama pagal panašumą į kitų organizmų genus arba pagal tai, kuriuose audiniuose genas aktyvus. Dabar mokslininkai gali tiesiogiai patikrinti, kas nutinka ląstelei, kai konkretus genas išjungiamas.

Genai išjungti vieną po kito

Vienas svarbiausių įrankių šiuose tyrimuose tapo CRISPR technologija. Ji leidžia tiksliai pakeisti DNR arba laikinai sumažinti konkretaus geno aktyvumą. Tyrėjai gali sukurti tūkstančius ląstelių variantų, kurių kiekviename neveikia kitas genas, ir stebėti, kaip keičiasi jų elgesys.

Tokie eksperimentai primena sudėtingą elektros grandinės testavimą. Jei išjungus vieną jungiklį visa sistema sustoja, galima spręsti, kad jis buvo svarbus. Jei pokytis pasireiškia tik tam tikromis sąlygomis, pavyzdžiui, ląstelei patiriant DNR pažeidimą ar trūkstant maistinių medžiagų, paaiškėja, kad genas veikia kaip atsarginis arba apsauginis mechanizmas.

Mokslininkai taip pat derina CRISPR analizę su vienos ląstelės sekoskaita. Šis metodas leidžia tirti ne vidutinę didelės ląstelių grupės reakciją, o kiekvieną ląstelę atskirai. Tai ypač svarbu, nes ląstelės, esančios tame pačiame audinyje, gali elgtis labai skirtingai.

Tyrėjai nustatė, kad kai kurie iki šiol mažai ištirti genai yra susiję su baltymų gamybos kontrole ir ląstelės atsaku į stresą. Kiti padeda palaikyti vadinamąją proteostazę – pusiausvyrą, užtikrinančią, kad baltymai būtų tinkamai pagaminami, sulankstomi ir laiku pašalinami.

Kodėl tai svarbu ligų tyrimams

Ląstelės gebėjimas pastebėti DNR pažeidimus ir juos pataisyti yra vienas svarbiausių apsaugos nuo vėžio mechanizmų. Jei tokia sistema sutrinka, ląstelėje ima kauptis genetinės klaidos. Iš pradžių jos gali neturėti pastebimo poveikio, tačiau laikui bėgant padidina nekontroliuojamo augimo riziką.

Naujai išaiškintos genų funkcijos gali padėti suprasti, kodėl kai kurios ligos išsivysto net tada, kai gerai žinomi pagrindiniai rizikos veiksniai. Genetiniuose tyrimuose dažnai randama mutacijų regionuose, kurių paskirtis neaiški. Anksčiau tokie radiniai likdavo tarsi užuominos be paaiškinimo. Dabar dalį jų galima susieti su konkrečiais ląstelės procesais.

Tai gali būti svarbu ir kuriant gydymą. Jei genas padeda vėžinei ląstelei išgyventi, jo veiklos slopinimas galėtų padidinti gydymo veiksmingumą. Kita vertus, jei tas pats genas būtinas sveikoms ląstelėms, aklas jo blokavimas būtų pavojingas. Todėl tiksli funkcija leidžia ieškoti ne bendro, o labiau nutaikyto sprendimo.

Panašus principas taikomas tiriant neurologines, imunines ir retas paveldimas ligas. Kai kurie genetiniai pokyčiai dar nereiškia, kad diagnozė aiški. Reikia žinoti, kokį mechanizmą jie sutrikdo – nuo nervinės ląstelės ryšio iki imuninės sistemos reakcijos.

Nuo atradimo iki realios medicinos – ilgas kelias

Nors naujos funkcijos nustatymas yra reikšmingas žingsnis, jis dar nereiškia, kad netrukus atsiras naujas vaistas ar diagnostinis testas. Laboratorijoje stebimas pokytis turi būti patvirtintas skirtingų tipų ląstelėse, audiniuose ir, jei įmanoma, gyvuose organizmuose.

Mokslininkams taip pat reikia išsiaiškinti, ar genas veikia vienas, ar priklauso sudėtingam kitų genų tinklui. Dažnai vieno geno išjungimas sukelia kelias skirtingas reakcijas, o jo poveikis priklauso nuo ląstelės tipo, amžiaus ar aplinkos.

Vis dėlto tokie tyrimai palaipsniui paverčia genomą nebe paslaptingu kodu, o veikiančia sistema, kurios atskiri mechanizmai tampa vis geriau suprantami. Kiekvienas išaiškintas genas gali užpildyti dar vieną spragą tarp genetinės mutacijos ir realios ligos.

Žmogaus DNR dar ilgai slėps ne vieną netikėtą atsakymą. Tačiau kuo daugiau jos funkcijų atskleidžiama, tuo aiškiau matyti, kad genetinė informacija nėra statiškas tekstas – tai nuolat veikiantis, prie aplinkos prisitaikantis ląstelės valdymo tinklas.