Tvoří 98 % našeho genomu, přitom byla dlouho považovaná za pouhé genetické harampádí. V poslední době se však začíná ukazovat, že je to jinak. Harampádí proto vědci přejmenovali na temnou hmotu genomu a doufají, že by její výzkum mohl vést k průlomu nejen v léčbě rakoviny..

Naše genetická informace je složitý kód, přestože je psaný jednoduše pouze čtyřmi písmeny. Je plný dlouhých úseků, které se nesčetněkrát opakují, částí schopných libovolně se přemisťovat, či úseků, které dovedou začleňovat své kopie třeba na opačný konec genomu.

A v tom všem zmatku, tedy v této nepřehledné temné hmotě, se jako oázy srozumitelnosti nacházejí geny. Máme jich asi 20 000 a jeden gen je zpravidla receptem pro tvorbu jednoho proteinu lidského těla. Na rozdíl od temné hmoty se dají poměrně jednoduše zkoumat.

Vědci tedy umí zjistit, co konkrétní gen dělá, i co se stane, když nefunguje správně třeba kvůli mutaci. Jenže nemocí, které způsobuje porucha jednoho konkrétního genu, není mnoho, a bývají to spíše vzácné diagnózy, jako je cystická fibróza či fenylketonurie.

Ovlivňuje geny

Poměrně časté choroby, jako je cukrovka, rakovina, či kardiovaskulární onemocnění, obvykle souvisí s větším množstvím genů – a jak se ukazuje, tak i s temnou hmotou genomu. Vyskytují se v ní totiž oblasti, které dovedou cíleně ovlivňovat geny.

Zvyšují jejich aktivitu, a tím produkci konkrétního proteinu, nebo je naopak tlumí. Reagují tak na různé vlivy prostředí, tedy například stres, nevhodnou stravu a znečištěné životní prostředí. Problém je v tom, že takové zásahy nezůstávají bez následků.

Mohou mít dopad na různé fyziologické procesy a vést ke vzniku nemoci. Otázkou je, jak velký podíl temné hmoty je schopný regulovat funkci genů. Ještě před 10 lety se předpokládalo, že to bude kolem 80 %, nyní se mluví spíše o 10 až 20 % genomu.

I tak to ale znamená, že mnohem větší část genomu zabírají části, které řídí funkci genů než samotné geny.

Řídí nádorové bujení

Dnes už se ví, že temná hmota genomu hraje významnou roli především při rozvoji rakoviny. Je to logické, jelikož pro nádorové buňky je typická porucha genové regulace. Podíl temné hmoty genomu se prokázal už u karcinomu plic, nádoru prsu, vaječníků, ledvin, prostaty či štítné žlázy.

Vědci z Univerzity v Bernu přišli s překvapivým zjištěním, že když zablokují určité typy RNA, které vznikají z temné hmoty, tak tím zastaví dělení nádorových buněk. Výzkum se týkal nemalobuněčného karcinomu plic, který u nás patří k nejčastějším nádorům.

Zablokování vybraných RNA nemělo žádný vliv na okolní zdravé buňky, což je pro medicínu velmi nadějné zjištění.

Hledání nádorových markerů

Vědci z Lékařské fakulty Univerzity v Oslu se zase s pomocí temné hmoty snaží najít nové nádorové markery, které by se daly použít k časnému stanovení diagnózy a k přesnější kontrole vývoje nemoci. Zabývají se i tím, jestli je genová regulace podobná v orgánech, které mají stejný embryonální původ.

Pokud by se hypotéza potvrdila, tak by to znamenalo, že například v rakovinných buňkách tlustého střeva a jater je abnormální stav regulován podobně, zatímco u rakoviny mozku, který se vyvíjí z jiného embryonálního základu, se značně liší.

Prvotní výsledky z Osla, Bernu a dalších laboratoří začínají vnášet více světla do toho, jakými mechanismy nádory vznikají a jak se s nimi dá lépe bojovat.

Demence i ALS

Temná hmota zřejmě hraje roli i u amyotrofické laterální sklerózy (ALS). Při tomto vzácném onemocnění ztrácí mozek a mícha postupně schopnost ovládat řeč a pohyby. Zatím neexistuje terapie, která by dokázala nemocné vyléčit.

Ale zjistilo se, že u některých nemocných s ALS se v neuronech hromadí protein TDP-43. Přesně totéž se děje u jedné z forem demence, zvané frontotemporální, o níž se v poslední době častěji psalo, protože jí onemocněl herec Bruce Willis.

I ten podlehl tomu, co způsobuje, což je změna osobnosti a porucha řeči. Na těchto potížích má podíl právě porucha proteinu TDP-43, který za normální situace udržuje v klidu takzvané „skákající geny“ čili transpozony, zákeřné tím, že se dokážou samovolně přesouvat na jiné místo v genomu.

Pokud se ale tento protein začne z důvodu nemoci v neuronech hromadit, pak o svou schopnost přichází a transpozony se začínají čile pohybovat po genomu. Tím mohou vyvolávat na novém místě mutace vedoucí ke vzniku vadného proteinu nebo ovlivnit aktivitu genů.

Nemoc Filipínců

Skákající geny způsobují i další neurologické onemocnění, pro které je typické, že se vyskytuje jenom na Filipínách. Je to speciální forma Parkinsonovy nemoci, která se v odborné literatuře označuje jako dystonie-parkinsonismus vázaná na chromozom X. Příčinou je transpozon, který se vtlačil doprostřed genu TAF1 důležitého pro růst a dělení všech typů buněk, a zásadně naruší jeho funkci genu.

Jaká další tajemství ukrývá?

Temná hmota genomu nemá vliv jen na naše zdraví. Možná se v ní ukrývá odpověď na otázku, co z nás lidí dělá bytosti schopné zkoumat vlastní genetickou informaci. V samotných genech ani v jejich počtu to nebude, však jich máme stejně jako třeba háďátko obecné, což je drobný půdní červ.

Navíc mnohé lidské geny jsou prakticky totožné s geny z živočišné říše. Dalším silným argumentem pro to, že geny nejsou obklopené harampádím, je, že z evolučního hlediska by nemělo smysl uchovávat obrovské množství nepotřebného materiálu.

Neužitečných částí by se náš genom už dávno zbavil. Nepostradatelnost temné hmoty ukazují i některé LINE elementy (druh transpozonů), které jsou zcela zásadní pro správný vývoj mozku. Dá se tedy očekávat, že výzkum temné hmoty, který byl oficiálně zahájený v roce 2003 jako projekt ENCODE, přinese ještě mnohá překvapení a posune naše chápání biologie.

Autor: Kateřina Pavelcová