Starověké viry zabudované v naší DNA, tak zvané skákající geny, byly dlouho považovány za neužitečný odpad, který neslouží žádnému účelu. Nyní se ale ukazuje, že ačkoliv jsou irelevantní pro tvorbu proteinů, což je hlavní úkol DNA, jejich role je klíčová při řízení genů..

Téměř polovina lidského genomu se skládá ze segmentů zvaných transpoziční elementy (TE), které jsou známé také jako skákající geny, protože se mohou pohybovat po genomu. Některé z nich jsou pozůstatky starověkých virů, které se vložily do genomů našich předků a byly předávány po miliony let.

Po desetiletí od doby, kdy byly TE objeveny, vědci předpokládali, že nemají žádný užitečný účel, že se zkrátka jedná o „odpadní“ DNA. Nová studie to však vyvrací.

Zdánlivě spící úseky naší DNA podle ní nejsou jen spící fosilie, ale mohly by být klíčové pro regulaci genové exprese, zejména během raného vývoje. „Náš genom byl sekvenován už dávno, ale funkce mnoha jeho částí zůstává neznámá,“ uvádí spoluautorka studie Hiromi Nakao-Inoueová, koordinátorka výzkumu v Ústavu pro pokročilé studium lidské biologie Kjótské univerzity.

„Předpokládá se, že transpoziční elementy hrají důležitou roli v evoluci genomu a očekává se, že jejich význam se s postupujícím výzkumem bude objasňovat,“ píše ve studii zveřejněné 18. července v časopise Science Advances.

Části dávných virů v naší DNA

Transpoziční elementy byly dlouho považovány za „odpad“, protože se zdály být nedůležitými pro tvorbu proteinů-molekul, které budují buňky a udržují je v chodu. Geny, které tvoří úseky DNA, nesou genetickou informaci pro tvorbu proteinů, zatímco TE nikoliv, a proto byly odmítány jako „nefunkční“ části DNA. V posledních letech se však začaly hromadit důkazy o tom, že hrají roli v regulaci genů.

Jejich kódy se často používají k tvorbě nekódující RNA, tedy molekuly, který může působit na jiné geny, diferencovat buňky a regulovat růst embryí.

Podrobnější studium TE pak přinesl CRISPR, nástroj pro editaci genů, který umožnil vědcům nahlédnout do toho, jak TE ovlivňují strukturu chromatinu – směsi DNA a proteinů, z níž se skládají chromozomy – a nastartují genovou aktivitu embrya po oplodnění.

Vědci se ve svém novém výzkumu zaměřili na specifickou rodinu TE s názvem MER11. Ta spadá do větší třídy TE, které vstoupily do genomů primátů asi před 40 miliony let.

„Odpadní“ DNA umí aktivovat geny

Vědci roztřídili sekvence v rámci rodiny MER11 na základě jejich vzájemných evolučních vztahů. Vznikly tak čtyři podskupiny od nejstarší (MER11_G1) po nejmladší (MER11_G4). Aby zjistili, jaké účinky mají tyto TE na buňky, vložili téměř 7000 sekvencí do buněk v laboratorních miskách.

Sekvence odebrané od lidí a dalších primátů byly umístěny do kmenových buněk a raných stádií nervových buněk, jejichž genová aktivita byla následně měřena. Ukázalo se, že zejména sekvence MER11_G4 měly silnou schopnost aktivovat geny.

Byly vybaveny unikátními „vazebnými místy pro transkripční faktory“, což jsou motivy DNA klíčové pro vývoj a fungující jako dokovací podložky pro proteiny, které řídí genovou expresi. Jemné variace v těchto sekvencích u lidí, šimpanzů a makaků měnily regulační účinek těchto sekvencí druh od druhu.

„Studie zdůrazňuje, kolik se toho o genomové sekvenci, a zejména o transpozičních elementech, ještě musíme naučit,“ myslí si Cristina Tufarelli, genetička z Centra pro výzkum rakoviny Univerzity v Leicesteru, která se na studii nepodílela.

Zdroj: LiveScience