Tiskane izdaje
Velika večina genov v našem genomu je več milijonov let starejših od človeške vrste in so del genomov številnih drugih življenjskih vrst, od opic, miši, muh do kvasovk in celo bakterij. Tista peščica, ki pripada samo nam, pa je bistveno mlajša. Pravzaprav so inovacije, ki so se pojavile šele v zadnjih nekaj milijonih let in so specifične samo za človeško vrsto. Ena takih je gen HYDIN2. O njegovem odkritju je na letošnji letni konferenci Ameriške družbe za človeško genetiko poročal genetik Max Dougherty z Univerze v Washingtonu.
Ta specifično človeški gen, katerega funkcija še vedno ni povsem pojasnjena, se je pojavil pred dobrimi tremi milijoni let, in sicer kot dvojnik že takrat obstoječega gena HYDIN. Med procesom njegove podvojitve se je tedaj zgodila napaka: oba konca gena, njegova »glava« in »rep«, sta odpadla. »Zgodilo se je nekaj podobnega, kot če bi pri prepisovanju knjige izpustili uvod in zaključek,« je na konferenci pojasnil Dougherty. »To je bila usodna napaka, saj začetni del gena vsebuje zaporedja, ki jih označujemo za podpornike. So kot nekakšna stikala za vključitev ali izključitev gena. Taki geni bi torej morali biti mrtvi oziroma kakor knjiga, ki je ni mogoče odpreti.«
Posledica napake
A po srečnem naključju, kakor kaže nov, popravljeni gen HYDIN2, se je »oškrbljeni« gen spojil s kopijo drugega gena, ki mu je omogočil novo življenje. V spojitvi je nastal povsem originalni gen HYDIN2. Videti je kakor gen HYDIN, vendar ima nov uvod in novo prvo poglavje in še v nečem se razlikujeta: medtem ko gen HYDIN najdemo v številnih živalskih vrstah, je HYDIN2 prisoten samo v ljudeh. In to v vsakomur od nas, kar je glede na relativno mladost tega gena dokaj presenetljivo. Še posebej pa njegova vsesplošna prisotnost v ljudeh preseneča zato, ker ob napaki, kakršna se je zgodila originalnemu genu HYDIN, poškodovani gen takoj propade in mu je usojen dokončen izbris.
In kaj je tako posebnega v genu HYDIN, da si je zaslužil novo življenjsko priložnost? Genetiki vedo, da ima v prvotni obliki vlogo v marsikaterem delu telesa, tudi v možganih. Zdaj, kot pojasnjuje vodja raziskave novega gena Evan Eichler, genetiki domnevajo, da je prišlo do delitve njegove originalne funkcije.
»Prvobitni gen HYDIN verjetno še vedno opravlja delo v drugih tkivih po telesu – zato njegove mutacije sprožajo redko obolenje pljuč in dihalnih poti. Vlogo v možganih pa je bržkone prevzel gen HYDIN2, kar pojasnjuje, zakaj je posebno aktiven v nevronih. Njegov nastanek prav na samem začetku človeške linije, še preden so se naši možgani povečali na sedanjo velikost, dopušča možnost, da je pri tem vlogo odigral prav HYDIN2, lasten edino človeku.«
Obstaja, a ne vedo, zakaj
Genetiki sicer še ne morejo potrditi, da je gen HYDIN2 res funkcionalen. Toda če so njihove domneve pravilne, se gen HYDIN2 pridružuje za zdaj majhni, a povečujoči se skupini genov, ki nastajajo v procesu podvojitev, so lastni samo ljudem in imajo pomembno vlogo v možganih. »Dejstvo, da te gene, ki jih ima edino človek, odkrivamo zdaj, leta po razkritju človeškega genoma, je zelo vznemirljivo,« meni Eichler in dodaja: »Zaznali smo že dva specifično človeška gena, ki sta zaslužna za kognitivno zmožnost naših možganov.«
Eichlerja geni, ki nastajajo v procesu podvojitev, raziskovalno obsedajo že četrt stoletja, odkar je bil podiplomski študent. Leta 2002 je izdelal podvojitveni »atlas« naše DNK, nekakšno kartografijo kopiranih genov. Od takrat je njegova skupina raziskovala ta zaporedja v številnih življenjskih vrstah. In med tem raziskovanjem se je vse bolj krepilo spoznanje, da smo ljudje res posebneži tudi v genskem pogledu.
Geni, nastali v podvojitvah, trenutno sestavljajo 5 odstotkov človeškega genoma. Številni med njimi so nastali v zadnjih desetih do petnajstih milijonih let, ko se je človek začel evolucijsko oddaljevati od šimpanza in gorile. Dejansko smo skupaj z drugimi velikimi afriškimi višjimi opicami dobili precej več genov iz podvojitev, kot so jih, na primer, orangutani ali opice makako. Zakaj smo jih dobili, pa znanost še ne zna odgovoriti.
Za zdaj vemo le, da so ti geni organizirani na zelo neobičajen način. Pri drugih sesalcih, na primer slonih ali podganah, se kopije genov ponavadi namestijo poleg originalov in oblikujejo tandem, pri ljudeh, šimpanzih in gorilah pa se razpršijo po celotnem genomu. In ne le to. Zanje velja, da so zelo aktivni in pogosto prisotni v nevronih.
»Njihova funkcija je še vedno ovita v temo,« priznava Eichler. »V nasprotju z drugimi, starejšimi geni njihovih vlog pri preprostejših laboratorijskih živalih ni mogoče ločiti, ker v njih ti geni pač ne obstajajo. Jih je pa tudi sicer zelo težko najti. Večina tradicionalnih tehnik določanja sekvenc temelji na branju majhnih delov DNK, ki jih je mogoče kombinirati v povezano celoto. Toda ker so geni iz podvojitev skoraj enaki originalom, njihove dele pogosto zamenjujemo za dele originalnih genov. Zato so prava mora genetikov.«
Še dva specifično
Posebej zanimiv je gen iz njegove druge podvojitve, imenovane SRGAP2C. Pojavil se je pred 2,4 milijona leti, v času, ko so možgani človeka postali bistveno večji. Francku Polleuxu, raziskovalcu v Scrippsovem raziskovalnem inštitutu v ZDA, je uspelo ugotoviti, da ta gen nadzira rast in gibanje nevronov in je zaslužen za večjo gostoto povezav med temi celicami.
Podobno sta letos spomladi ugotovila Marta Florio in Wieland Huttner z Inštituta Maxa Plancka za molekularno celično biologijo in genetiko v Dresdnu. Odkrila sta, da je človeku lastni gen iz podvojitve, imenovan ARHGAP11b, izredno aktiven v radialnih glialnih celicah, skupini matičnih celic, iz katerih nastajajo številni nevroni v razvijajočih se možganih. Ko so raziskovalci aktivirali ta človeški gen v zarodnih miših, se je pri teh glodavcih razvilo več radialnih glialnih celic, pojavile pa so se tudi globoke gube, ki so značilne za človeške možgane.
Miši zaradi vstavljenega gena sicer niso bile nič pametnejše, toda eksperiment je pokazal, da bi utegnil prav gen ARHGAP11b prispevati k občutnemu evolucijskemu povečanju človeških možganov.
»ARHGAP11b je zame očiten primer človeku lastnega gena številka 2,« je prepričan Evan Eichler. »Poznamo torej že dva samo človeku lastna gena, SRGAP2 in ARHGAP11b, ki spodbujata kognitivno adaptacijo. Če nam bo uspelo dokazati, da je tudi HYDIN2 funkcionalen gen, ki vpliva na nevrone, bomo poznali že tri takšne gene.«
Povečana ranljivost
Žal pa ti geni, nastali v procesu podvojitev, niso odločilni le za to, da se razlikujemo od višjih opic, ampak utegnejo biti krivi, da smo bolj ranljivi za številne bolezni. Ko sta dva dela genoma skoraj identična, se namreč lahko pojavi več napak v prerazporeditvah, kjer so posamezna zaporedja podvojena, izgubljena ali prestavljena na napačna mesta, možna posledica pa je večja dovzetnost za bolezen.
Ta genski kaos torej lahko vodi v bolezni, pri katerih se pomembni geni bodisi izgubijo ali pa so na napačnem mestu. Eichlerju je tako uspelo dokazati, da so številne podvojitve povezane z razvojnimi zaostanki, avtizmom, shizofrenijo in epilepsijo. »Videti je kakor minsko polje, razprostrto čez genom, ki kaže na tveganja za celo vrsto nevroloških ali razvojnih motenj,« poudarja raziskovalec.
Kljub nekaterim že znanim dejstvom pa so ti geni še naprej skrivnostni, saj domujejo v delih genoma, ki jih je s sodobnimi tehnikami težko analizirati. Ko genetiki iščejo variante v genomu, povezane z določenimi boleznimi ali telesnimi značilnostmi, te pogosto v celoti prekrijejo gene iz podvojitev. Novejše tehnike pa že začenjajo ločevati med temi problemi, pravi Eichner. Med njimi so zlasti naprave, ki lahko dekodirajo daljše odseke DNK, ne da bi jih bilo najprej treba razdeliti na krajše dele.
»Tehnologijo tako že skoraj imamo. Zdaj le še upam, da bom dovolj dolgo živel, da bom izvedel, kaj ti geni počnejo,« se pošali Eichner.
A tudi če bi to vedel, verjetno še ne bi mogel odgovoriti, v čem je bistvena razlika med nami in drugimi človečnjaki. Medtem ko je identificiranje genov, ki so lastni samo ljudem, in razkrivanje njihove vloge nujen korak v razumevanju razlik med nami in, na primer, šimpanzi, pa nikakor ne bo dovolj za odgovor, zakaj se skoraj vsi ljudje zlahka naučimo govoriti, pisati in računati, celo najbolj bistri šimpanzi pa tega ne zmorejo.
