Katagoria: Klucz do DNA: Organiczny komputer, opublikowano 5 lat temu.

Eksony i introny – powrót


 

Kiedy w 1977 roku, w czasie sekwencjonowania DNA dostrzeżono sekwencje wtrącone między odcinki kodujące białka, wciąż wydawało się, że nic nie jest w stanie ruszyć z posad zasady „jeden gen – jedno białko”. Odcinki nazwano intronami (z ang. intervening sequences) i przestano się nimi przejmować. Jednak w trzy lata później geny muszki owocowej wstrząsnęły posadami genetyki. Okazało się, że geny tego natrętnego owada mogą być montowane w alternatywny sposób – i to właśnie przy udziale intronów.

O zależności liczby intronów od stopnia złożoności organizmów pisałem już wcześniej. Ogólna tendencja jest taka, że im organizm znajduje się na wyższej gałęzi ewolucji – tym proporcja intronów wzrasta. A fakt, że genom roślin i ssaków, rozdzielony półtora miliarda latami ewolucji, w znaczącym stopniu zachował położenie intronów w genach, świadczy o tym, że nie są to przypadkowo ułożone sekwencje nukleotydów.

Zespół naukowców z National Human Genome Reaserch Instutiute, po porównaniu genomów człowieka, krowy, szczura, psa, świni oraz kilku innych ssaków, odnalazł 1194 niemal identycznych odcinków DNA. Zaskoczeniem był fakt, że jedynie jedna czwarta z nich kodowała białka (244), czyli znajdowała się w tak chętnie analizowanych przez genetyków eksonach. Natomiast dwie trzecie wspólnego dla ssaków genomu odnaleziono się w pomijanych odcinkach niekodujących białka – intronach, a pozostałe wspólne odcinki rozrzucone były w międzygenowym, śmieciowym DNA. Do niedawna zupełnie pomijanych obszarach kodu genetycznego, stanowiących przytłaczającą większość – 98% genomu organizmów.

30. Liczba intronów w niektórych genach człowieka oraz procentowy udział tych odcinków w całym genie (tabela dostępna w książce)

Jednak największym zaskoczeniem dla genetyków było to, że intronów nie można bezkarnie wyrzucić do śmietnika, gdyż biorą one czynny udział w ekspresji genów, nawet tak ważnych aspektów jak determinacji płci. We wspomnianym już genie odpowiedzialnym za dystrofię udział odcinków intronów jest przytłaczający – odcinki budujące białka to jedynie dwa procent całego genu. Ale również w genie budującym białko odpowiedzialne za krzepnięcie krwi introny to 95% długości genu. Białko błonowe w uchu wewnętrznym człowieka, odpowiedzialne za wrażenie słuchowe ludzi, jest składane z 35 odcinków eksonów przez gen Slo. W wyniku alternatywnego składania 8 eksonów może powstać ponad 500 różnych mRNA, kodujących białko w odmiennych wariantach, powodując, że z zakresu słyszalnych przez nas fal dźwiękowych (od 20 do 20000 Hz), każdy może słyszeć je inaczej. Natomiast u muszki owocowej Drosophila eksony są montowane u samców i samic w odmienny sposób. U samic pominięcie jednego eksonu w genie Sxl jest przyczyną dalszych zmian, doprowadzając w końcu do tego, że drogi budowy organizmów męskich i żeńskich rozchodzą się.

2.01. Relikt czy novum ewolucji?

Pierwsza, dla mnie absurdalna hipoteza intronów wczesnych mówi, że introny to relikt ewolucji, wciąż zachowany w organizmach eukariotów. Absurdalna dlatego, że przecież eukarioty to późniejszy od prokariotów twór ewolucji, więc jakim sposobem mielibyśmy odziedziczyć coś, czego w tych niższych formach organizmów nie ma?

Genetycy przedstawili jednak argumenty, że tak mogło się stać. Punktem wyjścia do tej hipotezy jest założenie, że przed powstaniem życia z DNA było RNA. I dopiero gdy pojedyncza nić RNA przekształcała się w podwójną helisę DNA, ze wzorca zostały usuwane niepotrzebne śmieci jak introny i DNA prokariotów zawierało już tylko ważne odcinki eksonów. Tylko dlaczego znajdujemy je u eukariotów, wywodzących się przecież z pnia prokariotów?
Natura nie poprawia błędów. Dziwnym byłoby wyczyszczenie kodu genetycznego z niepotrzebnych już fragmentów, odwołujących się do wcześniejszych gatunków – jak chce hipoteza intronów wczesnych. Ewolucja nawarstwia błędy, a właściwie pozostawia ślady poszukiwania doskonałości.

 

Druga hipoteza intronów późnych jest logiczna – patrząc na ewolucję jako poszukiwanie lepszych metod adaptacyjnych do środowiska. Bakterie w sposób doskonały potrafią opanować ekosystem, o nawet ekstremalnych warunkach. Do osiągnięcia tego celu nie potrzebują warunkowego składania białek, ani nawet rozmnażania dwupłciowego. Gdy znajdą odpowiednie warunki – to się powielają w zastraszająco szybkim tempie. Lecz tylko w tym określonym środowisku.

Organizmy mające przetrwać w różnych warunkach, muszą – poprzez produkcję odmiennych wersji białka – reagować na te zmiany. A tylko możliwość alternatywnego montażu, ukryta w intronach, pozwala zrealizować podobne zadania. Introny są sposobem wprowadzenia warunkowych modyfikacji. Niższe ewolucyjnie organizmu nie posiadają tego mechanizmu. Co więcej, ten sposób regulowania pracą genów wciąż się rozwija i obecnie stanowi przeważającą część kodu. W genomie drożdży to jedynie trochę ponad 200 odcinków intronów na 6000 genów – czyli ledwo 3 procent; gdy już jeden gen ssaka często zawiera ponad 50 takich odcinków.

To główny powód, bym postawił na hipotezę intronów późnych.

 

Trudno mieć pretensje do genetyków, że stając przed ogromem treści kodu genetycznego, o objętości kilku tomów Encyclopedia Britannica, zaczęli ją poznawać od znanych słów – kodonów z aminokwasami będącymi składnikami białek. A mając wcześniej do czynienia z liniowym odczytywanie informacji u prokariotów, nie podejrzewali, że tekst encyklopedii życia u eukariotów może być tak skomplikowany. Jedno hasło-gen może w sobie zawierać odwołania do kilkudziesięciu innych haseł-eksonów, haseł-RNA, haseł-regulatorów.

Przyszedł jednak czas, aby zrozumieć te trudniejsze hasła. Gdyż introny w żadnej mierze nie są wtrąconymi śmieciami. Powołam się na słowa Johna Matticka, które najlepiej określają wątpliwości: „zamiast uznawać, że genom człowieka i innych złożonych organizmów jest oazą sekwencji kodujących białka na pustyni śmieciowego DNA, powinniśmy raczej przyjąć, że mamy do czynienia z wysepkami informacji opisującej białkowe elementy, leżącymi na morzu informacji regulującej ich działanie”.

 

Klucz do DNA

Klucz do DNA

Odczytujemy jedynie fragmenty kodu, bardziej domyślając się – niż wiedząc, co jest pomiędzy poznanymi słowami. Brakuje nam klucza do zrozumienia języka DNA. Kiedy go znajdziemy, będziemy mogli odczytywać wiadomości, jakie mają dla nas geny.

Książka do kupienia w księgarni autorskiej

 

Podobne wpisy


Słowa kluczowe: , ,

Licznik: 1983


 
Share This