Χρήσιμο το «άχρηστο» DNA

Οι ερευνητές βρέθηκαν αναγκασμένοι να παραδεχθούν ότι για να δημιουργηθεί ο πολυπλοκότερος οργανισμός αυτού του πλανήτη απαιτούνται λίγα γονίδια και πολύ «άχρηστο» γενετικό υλικό...

Πόσο λογικό και επιστημονικό ακούγεται αυτό;

Αν οι επιστήμονες είχαν κάποτε την ψευδαίσθηση ότι γνώριζαν καλά το DNA και πως το μόνο που τους έμενε ήταν να διαβάσουν την πλήρη αλληλουχία του (πράγμα που έχει γίνει, τόσο με το ανθρώπινο DNA όσο και με αυτό μιας πληθώρας ειδών), τώρα πια δεν μπορούν παρά να αποδεχθούν το μέγεθος της άγνοιάς τους! Το ανθρώπινο γενετικό υλικό τούς εξέπληξε αρχικά με τον μικρό αριθμό γονιδίων που βρέθηκε να περιέχει (μόνο 30.000, ενώ αναμένονταν τουλάχιστον 100.000 και σύμφωνα με ορισμένες εκτιμήσεις 120.000) και τα τεράστια κομμάτια «άχρηστου» (junk) DNA που, παρ' ότι δεν φαίνεται να έχουν έναν ρόλο, μεταφέρονται ανελλιπώς και επακριβώς από τη μία γενιά στην άλλη. Με άλλα λόγια, οι ερευνητές βρέθηκαν αναγκασμένοι να παραδεχθούν ότι για να δημιουργηθεί ο πολυπλοκότερος οργανισμός αυτού του πλανήτη απαιτούνται λίγα γονίδια και πολύ «άχρηστο» γενετικό υλικό... Πόσο λογικό και επιστημονικό ακούγεται αυτό;
Ο αριθμός των γονιδίων του ανθρώπου δύσκολα μπορεί να αμφισβητηθεί, αλλά το να συνεχίζουμε ακόμη να ονομάζουμε άχρηστο το DNA του οποίου τον ρόλο δεν αντιλαμβανόμαστε είναι μάλλον στρουθοκαμηλισμός. Ομοίως, αγγίζει τα όρια του στρουθοκαμηλισμού το να συνεχίζουν οι ερευνητές να θεωρούν το DNA ως ένα μόριο που το μόνο που κάνει είναι να κωδικοποιεί οδηγίες παθητικά. Τα τελευταία χρόνια, μερικές ομάδες επιστημόνων ανά τον κόσμο αποφάσισαν να δουν το DNA με άλλα μάτια και, απ' ό,τι φαίνεται, ορθώς έπραξαν!
Τα κλασικά σχολικά και πανεπιστημιακά εγχειρίδια διδάσκουν ακόμη ότι στον πυρήνα κάθε κυττάρου μας το DNA είναι ένα γραμμικό μακρομόριο το οποίο, τον περισσότερο καιρό, μοιάζει σαν μια κλωστή που ξετυλίχτηκε από ένα τεράστιο κουβάρι. Επειτα, όταν το κύτταρο πρέπει να διαιρεθεί, η κλωστή που έχει εν τω μεταξύ διπλασιαστεί τυλίγεται σε «κουβάρια», τα χρωμοσώματα, τα οποία μοιράζονται εξίσου στα δύο παραγόμενα κύτταρα. Οταν τελειώσει η διαίρεση και κάθε κύτταρο έχει πάρει το μερίδιό του σε γενετικό υλικό, το DNA ξετυλίγεται και πάλι.
H πρώτη εξήγηση του φαινομένου του τυλίγματος και ξετυλίγματος του DNA ήταν η εναλλαγή των αναγκών του κυττάρου: το τυλιγμένο DNA μοιράζεται ευκολότερα στα θυγατρικά κύτταρα κατά την κυτταρική διαίρεση, ενώ το ξετυλιγμένο των θυγατρικών κυττάρων σημαίνει ότι τα γονίδια που πρέπει να εκφραστούν (να χρησιμοποιηθεί δηλαδή η κωδικευμένη πληροφορία που περιέχουν) μπορούν να είναι προσβάσιμα από τα κατάλληλα ένζυμα. H παραπάνω εξήγηση φαίνεται λογική, αλλά υπάρχουν ορισμένα σκοτεινά σημεία. Για παράδειγμα, πόσο προσβάσιμα μπορεί να είναι κάποια γονίδια σε ένα ξετυλιγμένο και, κατά το μάλλον ή ήττον, άναρχο κουβάρι;
Καθώς η προσβασιμότητα του σωστού γονιδίου τη σωστή στιγμή είναι ζωτικής σημασίας για το κύτταρο και δεν μπορεί να αφεθεί στην τύχη, κάποιοι τολμηροί ερευνητές αποφάσισαν να διερευνήσουν τα «τι» και «πώς» της χωροταξικής διευθέτησης του ξετυλιγμένου DNA. Το εγχείρημα, το οποίο ξεκίνησε πριν από δέκα και πλέον χρόνια, δεν ήταν εύκολο (είναι πάντα προτιμητέο να μελετά κανείς δομημένα στοιχεία, παρά κάτι που, τουλάχιστον εκ πρώτης όψεως, δείχνει άναρχο).
Προκειμένου να προσεγγίσει το πρόβλημα, ο Τόμας Κρέμερ (Thomas Cremer) και οι συνεργάτες του στο Ινστιτούτο Ανθρωπολογίας και Γενετικής Ανθρώπου του Μονάχου εφήρμοσαν την τεχνική της υβριδοποίησης in situ (in situ hybridisation). Αυτή συνίσταται αρχικά στη «βαφή» ενός χρωμοσώματος με μια φθορίζουσα χρωστική, γεγονός που επιτρέπει στους ερευνητές να παρακολουθούν τις μετακινήσεις του κατά τη διάρκεια της κυτταρικής διαίρεσης, αλλά και στη συνέχεια, όταν το DNA ξετυλίγεται. Χάρη στην in situ υβριδοποίηση, οι γερμανοί επιστήμονες έκαναν έκπληκτοι την παρακάτω διαπίστωση: το ξετυλιγμένο DNA καθενός από τα χρωμοσώματα διατηρεί συγκεκριμένη θέση στον πυρήνα του κυττάρου και δεν έρχεται σε επαφή με το DNA που προήλθε από το ξετύλιγμα γειτονικών χρωμοσωμάτων. Ετσι, μακράν του να είναι ένα άναρχο ξετυλιγμένο κουβάρι, το σύνολο του DNA αποτελείται από καλά καθορισμένες περιοχές.
Οσο για την απλουστευμένη θεώρηση ότι σε καθεμία από αυτές τις διακριτές περιοχές τα γονίδια που εκφράζονταν θα έπρεπε να βρίσκονται προς τα έξω για να είναι εύκολα προσβάσιμα, αυτή κατερρίφθη από πειράματα επιστημόνων του ερευνητικού κέντρου John Innes στο Νόριτς της Αγγλίας. Οι βρετανοί ερευνητές, πετυχαίνοντας να τοποθετήσουν ένα μικρό μόριο (το οποίο λειτούργησε σαν φάρος) στα σημεία όπου ελάμβανε χώρα γονιδιακή έκφραση, διεπίστωσαν ότι αυτή ήταν γενικευμένη και δεν περιοριζόταν στο «εξωτερικό» DNA.
Υπό το πρίσμα των παραπάνω ευρημάτων, η θεώρηση των επιστημόνων άλλαξε: οι χρωμοσωμικές περιοχές παρομοιάζονται τώρα με ένα σφουγγάρι στις στοές του οποίου μπορούν να κυκλοφορούν τα ένζυμα και να φθάνουν στα κομμάτια του DNA που πρέπει να εκφραστούν. Βεβαίως, η νέα θεώρηση γέννησε νέα ερωτήματα. Για παράδειγμα, καθώς κάθε τύπος κυττάρου πρέπει να ενεργοποιήσει διαφορετικά γονίδια για να μπορέσει να αποκτήσει την ταυτότητά του (άλλα γονίδια χρειάζονται στο κύτταρο του ήπατος και άλλα στο κύτταρο του δέρματος...), πώς τοποθετούνται τα προς έκφραση γονίδια σε αυτό το μοντέλο του σφουγγαριού; Και ακόμη, ποιος μηχανισμός ρυθμίζει την υποτιθέμενη τοποθέτηση;
Αν και δεν διαθέτουν απαντήσεις στα παραπάνω ερωτήματα, οι ερευνητές είναι πεπεισμένοι ότι το νέο μοντέλο των καθορισμένης χωροταξικής διευθέτησης σφουγγαριών είναι πιο κοντά στην κυτταρική πραγματικότητα απ' ό,τι το προϋπάρχον υπεραπλουστευτικό του ξετυλιγμένου κουβαριού. H πεποίθησή τους προκύπτει από πολύ συγκεκριμένες παρατηρήσεις. Ειδικότερα, σύμφωνα με ευρήματα του Κρέμερ και των συνεργατών του, σε όλα τα κύτταρα του ίδιου ιστού οι χρωμοσωμικές περιοχές-σφουγγάρια διατηρούνται αναλλοίωτες στις προκαθορισμένες θέσεις τους. Ομοίως, σύμφωνα με παρατηρήσεις του Γιαν Ελενμπεργκ (Jan Ellenberg) και των συνεργατών του στο Ευρωπαϊκό Εργαστήριο Μοριακής Βιολογίας (European Molecular Biology Laboratory - EMBL) στη Χαϊδελβέργη της Γερμανίας, αναλλοίωτη διατηρείται η τρισδιάστατη οργάνωση των σφουγγαριών και από γενιά σε γενιά κυττάρων του ίδιου ιστού.
Είναι λογικό να υποθέσει κανείς ότι το κύτταρο μπαίνει στον κόπο και πιθανώς ξοδεύει ενέργεια για να διατηρήσει δομές που του είναι απαραίτητες στην επιβίωσή του. Τι μπορεί να σημαίνει λοιπόν η προσπάθεια να διατηρήσει τη δομή των χρωμοσωμικών περιοχών αναλλοίωτη; Μια έμμεση απάντηση δίνεται από πειράματα τα οποία έχουν καταδείξει ότι η θέση των γονιδίων στο κύτταρο καθορίζει τον χρόνο έκφρασής τους και ειδικότερα, όσο πιο κοντά στο κέντρο του πυρήνα είναι κάποια γονίδια, τόσο πιο νωρίς στη ζωή του κυττάρου θα χρειαστεί να εκφραστούν. Με άλλα λόγια, η διατήρηση της χωροταξίας του DNA (για την οποία, όπως επισημαίνουν οι ερευνητές, είναι απαραίτητο το «άχρηστο» κομμάτι του), πιθανόν εξασφαλίζει την ορθή χρονικά έκφραση των γονιδίων και κατ' επέκτασιν την ίδια την επιβίωσή του.
Κατά πόσον η νέα θεώρηση της χωροταξίας του DNA είναι ικανή να δώσει απαντήσεις στα πολλά ερωτήματα που παραμένουν αναπάντητα θα φανεί στο μέλλον. Πάντως η δυναμική που έχει αποκτήσει το πεδίο μάλλον δεν θα μας αφήσει να πλήξουμε... 

SociaLMagazinE