”Roska-dna” ei olekaan niin tarpeetonta kuin luultiin

Stuttgartilaisen Biolux-yhtiön kemisti täyttää koeputkia dna-näytteillä. Kuva Thomas Kienzle / AP / Lehtikuva.

Valtaosa ihmisen dna:sta on geenien välistä nauhaa. Sillä on enemmän tehtäviä kuin on luultu.

Kun ihmisen dna runsaat kymmenen vuotta sitten luettiin ensimmäisen kerran, moni asia tuli tutkijoille yllätyksenä. Ihmisillä ei ollut läheskään niin monta geeniä kuin oli luultu, eikä ihmisen dna:n emäsjärjestys poikennut lähisukulaistemme dna-koodista kuin parilla prosentilla.

Kävi myös ilmi, että proteiineja koodaavia pätkiä eli varsinaisia geenejä sekä niihin suoraan kytkeytyviä, geenien aktiivisuutta sääteleviä promoottorialueita oli vain muutama prosentti kaikesta dna:sta.

Voisivatko kaikki muut pätkät todella olla tarpeettomia jäänteitä, joista evoluutio ei olisi keksinyt keinoa päästä eroon?

Selityksiä perintötekijöihin

Tiedelehti Naturessa viime viikolla julkaistujen uusien tutkimusten mukaan tämä roska-dna:ksi (junk dna) leimattu leijonanosa genomiamme ei ole alkuunkaan niin tarpeetonta kuin kymmenen vuotta sitten luultiin. Encode-tutkimushankkeen yli 400 tutkijan ryhmä sai selville, että jopa 80 prosentilla ihmisen genomista on jokin biologinen tehtävä. Geenien säätelyyn osallistuu lähes 20 prosenttia dna:sta.

Uuden tutkimuksen mukaan geenin toimintaa saattavat ohjata dna-pätkät hyvinkin kaukana itse geenistä. Myös ihmisten perinnölliset erot sekä normaalien ominaisuuksien vaihtelussa että sairausalttiuksissa voivat selittyä mutaatioilla näissä kaukana geeneistä sijaitsevissa dna-jaksoissa.

Mutaatio itse geenissä tuottaa poikkeavan proteiinin. Se voi ilmetä perinnöllisenä ominaisuutena – esimerkiksi tiettynä silmien värinä. Joskus poikkeava proteiini aiheuttaa perinnöllisen sairauden, koska se ei suoriudu fysiologisesta tehtävästään. Esimerkiksi sirppisoluanemiasta kärsivän potilaan hemoglobiinimolekyylissä yksi ainoa aminohappo on väärä. Sen seurauksena koko proteiini ja punasolu vinksahtavat väärään muotoon.

Jos mutaatio ei ole osunut proteiinia koodaavalle dna-alueelle, geeni tuottaa oikean proteiinin, mutta väärään aikaan tai väärässä paikassa. Esimerkiksi laktoosi-intoleranssi on ihmisillä, joiden maitosokeria pilkkovaa entsyymiä, laktaasia, tuottava geeni on päällä vain varhaislapsuudessa. Lypsykarjaa hoitaneilla kansoilla yleistyi mutaatio, jonka seurauksena laktaasigeeni ilmenee aikuisenakin.

Työ on vasta alussa

Miksi niin suuri osa yksilöiden välisestä vaihtelusta sijoittuu geenien ilmenemistä sääteleville alueille eikä itse geeneihin?

Proteiinia koodaavan dna-pätkän muuttuminen on voinut olla hyödyllistä jollekin solutyypille tai kudokselle, mutta samasta mutaatiosta onkin voinut olla haittaa toisaalla elimistössä, muistuttavat Chicagon yliopiston tutkijat Jonathan Pritchard ja Yoav Gilad Nature-lehdessä. Sen sijaan geenien säätelyalueiden muutoksien avulla evoluutio on voinut täsmäparannella elimistöä saamalla jonkin geenin ilmenemään proteiinina juuri oikeassa paikassa oikeaan aikaan. Siksi evoluutio on suosinut mutaatioita muissa osissa genomia kuin itse geeneissä.

Pritchardin ja Giladin mukaan ennen Encode-hanketta tutkijoilla ei ollut juuri käsitystä siitä, millä genomin osilla on geenien ilmenemistä säätelevä vaikutus. Encode-hanke on heidän mukaansa mahdollistanut vasta ensimmäisen luonnoksen geenien säätelyalueiden kartoituksesta.