Οι επιστήμονες ερευνούν αν το DNA μας δείχνει πότε θα αρρωστήσουμε

Της Ανθής Αγγελοπούλου

Πρωτοποριακή έρευνα ανάλυσης του γονιδιώματος των κυττάρων διεξήγαγε η ερευνητική ομάδα του καθηγητή Γενετικής Εμμανουήλ Δερμιτζάκη στο πανεπιστήμιο της Γενεύης, με στόχο να αποκωδικοποιήσουν το πώς ακριβώς αυτά ρυθμίζουν την υγείας μας.
Στη μελέτη συμπεριλήφθησαν 300 άτομα των οποίων οι ερευνητές χαρακτήρισαν τη δομή του DNA τους στον πυρήνα του και κατέγραψαν πως οι αλληλεπιδράσεις των περιοχών του με όλο το γονιδίωμα επηρεάζουν τον κίνδυνο νοσήσεως.  
Σύμφωνα με τον καθηγητή Δερμιτζάκη, τα βιολογικά χαρακτηριστικά του ανθρώπου (ο φαινότυπός του) καθορίζονται από το πως, το που και το πότε θα εκφραστούν τα γονίδιά του. Η γονιδιακή έκφραση, όμως, είναι μία πολύπλοκη διεργασία, που ρυθμίζεται από πολλούς μηχανισμούς και εξειδικευμένα μόρια (ρυθμιστικά στοιχεία), τα οποία επηρεάζονται από παράγοντες όπως οι γενετικές μεταλλάξεις.

Για να κατανοήσουν καλύτερα την γονιδιακή αυτή έκφραση, εστίασαν στις τροποποιήσεις της χρωματίνης ως δείκτη για τα επίπεδα ενεργότητας των ρυθμιστικών περιοχών του γονιδιώματος.

Η χρωματίνη είναι ένα σύμπλοκο που αποτελείται από πρωτεΐνες και θραύσματα γενετικού υλικού (DNA, RNA). Το σύμπλοκο αυτό προστατεύει το DNA των κυττάρων από τις βλάβες στις διάφορες φάσεις του κύκλου ζωής τους (κυτταρικός κύκλος), αλλά ταυτοχρόνως παίζει ρόλο και στην έκφραση των γονιδίων τους.

Όπως συμπλήρωσε ο ερευνητής Olivier Delaneau από το εργαστήριο του καθηγητή Δερμιτζάκη στο παρελθόν οι επιστήμονες είχαν χρησιμοποιήσει σε πιο περιορισμένη έκταση την μέθοδο που εφαρμόσαν στη νέα έρευνα. Αυτή τη φορά, μελέτησαν τη χρωματίνη σε μεγαλύτερο αριθμό δειγμάτων για να κατανοήσουν ακριβώς, πως οι γενετικές μεταλλάξεις επηρεάζουν την μεταβλητότητα της χρωματίνης και πως αυτή η μεταβλητότητα “μεταδίδεται” στη γονιδιακή έκφραση, τροποποιώντας την.

Η ανάλυση των τροποποιήσεων της χρωματίνης επέτρεψε στους επιστήμονες να ανακαλύψουν επίσης ότι η ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης δεν είναι κάτι ενιαίο, αλλά οργανώνεται σε πλήρως αυτόνομα επίπεδα (blocks ή CRDs).

Όπως εξήγησε ο Dr. Alexandre Reymond, καθηγητής Γενετικής στο πανεπιστήμιο της Λωζάνης, στην ίδια περιοχή του γονιδιώματος μπορεί να υπάρχουν ταυτοχρόνως blocks ρυθμιστικών στοιχείων που λειτουργούν στο μέγιστο βαθμό και άλλα που λειτουργούν στον ελάχιστο. Τα blocks των ρυθμιστικών στοιχείων δεν είναι σταθερά. Επηρεάζονται από ορισμένες γενετικές μεταλλαγές οι οποίες όχι μόνο αυξάνουν ή μειώνουν την ενεργότητα και επομένως τη γονιδιακή έκφραση, αλλά έχουν τη δύναμη να αλλάξουν εντελώς τη δομή τους (μπορούν, λ.χ. να διαχωρίσουν ένα block σε δύο εντελώς ξεχωριστές δομές). Με αυτό τον τρόπο, αλλάζει το τοπίο της γονιδιακής ρύθμισης και έτσι η γονιδιακή έκφραση.

Όπως τόνισε ο καθηγητής Δερμιτζάκης το DNA δεν είναι μία δισδιάστατη δομή στον πυρήνα του κυττάρου γι αυτό πρέπει να το κατανοήσουν σε τρεις (ή περισσότερες) διαστάσεις.

Σύμφωνα με το παραδοσιακό μοντέλο της γονιδιακής ρύθμισης, κοντά σε κάθε γονίδιο έπρεπε να υπάρχει ένας γονιδιακός “ενισχυτής” (gene enhancer). Ωστόσο η έρευνα έδειξε ότι τα ρυθμιστικά στοιχεία μπορεί άνετα να βρίσκονται σε κάποιο άλλο χρωμόσωμα, δηλαδή σε άλλο τμήμα του γονιδιώματος. «Eπειδή η τρισδιάστατη δομή του DNA φέρνει κοντά διαφορετικές περιοχές, μπορεί να υπάρξει αλληλεπίδραση ανάμεσα σε οποιαδήποτε από τα 23 ζεύγη χρωμοσωμάτων που διαθέτουμε, με αποτέλεσμα να επηρεαστούν γονίδια σε εντελώς διαφορετική περιοχή του γονιδιώματος» σημείωσε ο καθηγητής.

Μέλος της ερευνητικής ομάδας ήταν ένας ακόμη έλληνας καθηγητής, ο Δρ. Στυλιανός Αντωναράκης από το πανεπιστήμιο της Γενεύης, και ο οποίος επεσήμανε ότι βρίσκονται σε ένα σημείο καμπής στο θέμα της ανάλυσης της γονιδιακής ρύθμισης. Και αυτό, διότι η ενσωμάτωση της πολυπλοκότητας του ανθρώπινου γονιδιώματος σε ένα μοντέλο, παρέχει στους επιστήμονες μια ιεραρχία συσχετισμών που συμπεριλαμβάνει όλα τα ρυθμιστικά στοιχεία ολόκληρου του γονιδιώματος.

Ωστόσο, κατόρθωσαν να δημιουργήσουν στατιστικά μοντέλα που δείχνουν ποια γενετική μεταλλαγή επηρεάζει ποιο block χρωματίνης και ποια από τα γονίδια ολόκληρου του γονιδιώματος και δημιούργησαν, για πρώτη φορά, ένα πλαίσιο για την επίπτωση πολύπλοκων ασθενειών με βάση μόνο τα ρυθμιστικά στοιχεία του γονιδιώματος.

Η νέα έρευνα δημοσιεύεται στο επιστημονικό περιοδικό «Science» και σύμφωνα με τους επιστήμονες, τα ευρήματά της ανοίγουν νέους δρόμους στην εξατομικευμένη Ιατρική, αφού επιτρέπουν στους ειδικούς να κατανοήσουν εις βάθος και λαμβάνοντας υπόψη πολύπλοκες αλληλεπιδράσεις, γιατί μερικοί άνθρωποι έχουν μεγαλύτερη προδιάθεση στην εκδήλωση διαφόρων ασθενειών από άλλους.

via