Po kilkunastu podstawowych terminach genetycznych spróbujmy przyjrzeć się strukturze nici DNA, chromatyny i chromosomu oraz obcej informacji genetycznej w naszym genomie. Zobaczmy również na to, jak widzą DNA m.in. Prof. Collins (twórca pojęcia „język Boga”) i G. Braden (autor „Boskiej matrycy”).
Ale najpierw przypomnijmy sobie w skrócie historię badań nad DNA. Wszystko zaczęło się w 1869 r., kiedy Miescher wyizolował z nasiąkniętych ropą bandaży „nukleinę”. Autorem nazwy „kwasy nukleinowe” jest Altman (1888 r.). W tym samym roku Waldayer odkrywa chromosomy (dosł. Ciałka barwne). Mija równo 40 lat i Griffith dokonuje prawdziwego przełomu. Udowadnia w badaniach nad Diplococcus pneumoniae, że za zmianą właściwości bakterii stoją kwasy nukleinowe. Lecz na wyjaśnienie zjawiska (transformacja) musieliśmy czekać kolejne 16 lat (Avery i wsp., 1944). W końcu pojawia się chyba najbardziej znana w genetyce data: 1953. Wtedy właśnie Watson i Crick proponują model budowy DNA oparty o komplementarność zasad (słynne pary A-T i G-C). Cztery lata póxniej dochodzi do odkrycia tRNA, a w 1958 r. Meselson i Stahl wyjaśniają sposób replikacji DNA. Po 2 latach Nirenberg, Khorana i Ochoa rozwikłali rzecz absolutnie fundamentalną – sposób przekazywania informacji genetycznej z DNA na białko. W 1975 r. Sanger opracowuje enzymatyczną metodę sekwencjonowania DNA, a w 1981 r. Wagner kładzie podwaliny pod GMO (organizmy transgeniczne). 1989 r. to data powołania Narodowego Centrum Badań Genomu Człowieka w USA.
Po 12 latach tytanicznej pracy Venter i Collins obwieszczają światu, że zmapowaliśmy ludzki genom.
Fragment łańcucha DNA; epokowe odkrycie nagrodzone Noblem:
Mija kilkadziesiąt lat i pojawiają się nowe dane o…budowie DNA. Widzieliśmy przez całe dziesięciolecia, że helisa DNA składa się z dwóch nici. W ich „środku” znajdują się zasady azotowe z atomami wodoru. Wiązania atomów wodoru utrzymują razem obie nici. Naukowcy ze Szwecji obalili ten „dogmat”. Bo to nie atomy wodoru odpowiadają za kształt helisy! Wykazali, że stoi za tym hydrofobowość wnętrza helisy zanurzonej w hydrofilnym środowisku cytoplazmy i podstawowe znaczenie mają siły hydrofobowe. Wiązania wodorowe mają znaczenie jedynie w tworzeniu właściwych par zasad azotowych (A-T, G-C), czyli w trakcie samej syntezy helisy. Przez większość czasu komórki utrzymują DNA w środowisku wodnym, ale gdy chcą coś z nim zrobić (replikacja, transkrypcja, naprawa), „przenoszą” go do środowiska hydrofobowego. Potwierdzono to w doświadczeniach, w których zmieniano środowisko – w hydrofobowym nić ulegała dekompozycji, a w hydrofilnym stawała się stabilna.
Z kolei naukowcy australijscy odkryli bezpośrednio w komórkach nową strukturę DNA, która jest czymś więcej niż słynna podwójna helisa. Została określana jako „skręcony węzeł” (intercalated motif, i-motif). Jej obecność w warunkach laboratoryjnych (in vitro) wykazano już w 1990 r., lecz nie została zinterpretowana. I-motif ma skomplikowaną budowę i zachowuje się dynamicznie (pojawia się i znika). Wiedza na temat jego funkcji jest jeszcze bardzo ograniczona. Badacze wnioskują, że główną rolą „skręconego węzła” jest „pomoc w wyłączaniu i włączaniu genów”, co może mieć kluczowe znaczenie dla prawidłowego funkcjonowania komórki (ryc.).
Ale niespodzianki to nie tylko budowa nici. Amerykańscy naukowcy odkryli w ludzkim DNA…drugi kod. Jego rozszyfrowanie być może pozwoli nam w pełniejszy sposób zrozumieć podłoże wielu chorób genetycznych. Do tej pory uważano, że zapisane w DNA informacje dotyczą głównie sposobu kodowania białek. Najnowsze odkrycie pokazuje, że istnieje także drugi, zapisany innym językiem, szyfr zawierający instrukcje dla komórek, jak obsługiwać poszczególne geny. Okazało się, że niektóre kodony (zwane duonami) determinują nie tylko syntezę konkretnych białek. Mogą również kontrolować samą ekspresję genów. Drugi, ukryty zestaw, jest zsynchronizowany z pierwszym i dzięki temu stabilizuje niektóre funkcje białek.
Tak więc budowa cząsteczki DNA pozostaje nadal tajemnicza, a jego właściwości, jak się wydaje, są jeszcze bardziej interesujące. Pytania i wątpliwości mnożą się…
A o dynamice aktywności DNA wiemy także niewiele. Rozmieszczenie DNA jest przedmiotem komórkowej biologii genomu. Dotychczas uważano, że w interfazie chromatyna w jądrze jest „jak spaghetti na talerzu”. Ostatnio udało się dowieść, że i w tym stadium każdy chromosom zajmuje w jądrze oddzielny obszar, stanowiąc odrębną jednostkę. Rozmieszczenie DNA w jądrze ma wielki wpływ na funkcjonowanie genów w zdrowiu i chorobie. Chromatyna ma ściśle określone, lecz różne, miejsce zależnie od typu komórki, etapu ontogenezy i choroby. Okazało się, że skraj jądra działa wyciszająco na geny, zaś środek – aktywująco. Kiedy potrzebny jest gen znajdujący się w „cichej strefie”, odpowiedni fragment DNA „wypętla się” do środka i – gdy natrafia na fabrykę transkrypcyjną (czynniki transkrypcyjne i enzymy) – staje się w pełni aktywny. Bardzo istotne znaczenie w ułożeniu chromatyny mają laminy, które decydują o architekturze jądra i inaktywacji chromatyny brzeżnej.
Co determinuje lokalizację genu i chromosomu? Skąd geny i chromosomy „wiedzą”, gdzie jest ich miejsce? I w jaki sposób tam docierają (w miarę dojrzewania komórki) i różnicują się? Wydaje się, że jest to efekt samoorganizacji. Ale co za nią stoi? Czy to jest sugerowana przez Szwedów zwykła zmiana ilości wody w komórce? Bo nasze dotychczasowe ustalenia są nader skromne! Oto klasyczny opis: Docierająca do komórki cząstka sygnałowa uruchamia w jądrze kompleks remodelujący chromatynę, który rozwija DNA na odcinku konkretnego genu. Takie rozluźnienie pozwala w sposób samoistny (???) trafić w jądrze na „fabrykę transkrypcyjną”. Nie wymaga jakichś szczególnych mechanizmów kontrolnych, np. białek łączących się z konkretnymi fragmentami DNA. Tyle, że nić liczy 2 m długości, a gen – parę nanometrów.
W skład receptorów cytozolowych wchodzi kilka tzw. domen, w tym m.in. wiążąca hormon (LBD – ligand binding domen), wiążąca DNA (DBD – DNA binding domen) – łączy się z DNA i „wybiera” geny, które zostaną aktywowane i aktywująca/hamująca transkrypcję genów. Hormon przenika przez błonę komórkową do cytoplazmy, gdzie zostaje rozpoznany i związany przez swoisty receptor. Powstały kompleks przemieszcza się do jądra komórkowego, gdzie dochodzi do rozpoznania przez DBD specyficznego odcinka DNA, a następnie aktywacji bądź hamowania transkrypcji genów. W efekcie powstaje mRNA, który bierze udział w procesie syntezy białka. W sumie żadnych konkretów, więc wszystko przed nami!
A tak na marginesie: przedstawiony mechanizm dotyczy przede wszystkim hormonów płciowych, którymi tak bardzo szafujemy w tranzycji płci, antykoncepcji i wielu innych sytuacjach. I uważamy to za absolutnie bezpieczny proceder!
W następnej notce drążymy nadal temat DNA…
zlornetkawsieci 
Dodaj komentarz