MARÓY PÉTER

A légy és a svájci bicska
Hogyan olvasható az eukarióta genom nukleotidsorrendje?


Az öröklõdés szabályainak felismerése óta eltelt száz év alatt rengeteget megtudtunk a génekrõl és mûködésükrõl. A genetikai kutatások napjainkban már a genom szekvenciáját próbálják megfejteni. Több mint egy tucat élõlény (több baktérium, az élesztõgomba, a Caenorhabditis elegans fonálféreg, a Drosophila melanogaster muslica és az ember) genomjának nukleotidsorrendjét ismerjük. A genomprogramok végsõ célja a teljes sorrend meghatározása.
 

1. ábra. A muslica nyálmirigyének óriáskromoszómája

A humángenom-projekt beindításakor hirdetett jelmondat sántít, mely szerint, ha az emberi genom nukleotidsorrendje ismertté válik, rendelkezésünkre áll az az információ, amely elegendõ ahhoz, hogy megtudjuk, az ember miért olyan, amilyen. Az emberi genom ugyanis olyan könyv, amit nem tudunk olvasni, bár sok-sok részletét megértjük. Például meg tudjuk mondani, melyek az értelmes szakaszok, hogy mi a róluk képzõdõ fehérjék természete, azok hol helyezkednek el a sejtben, van-e enzimaktivitásuk, és így tovább. A gének többségénél a nukleotidsorrendbõl megjósolható azok funkciója is. Arról azonban, hogy az adott gén mikor, milyen sejtben, szövetben, élethelyzetben, illetve milyen környezeti hatásra lép mûködésbe (íródik át), a nukleotidsorrend alapján semmit sem mondhatunk.

Hogyan érthetjük meg akkor, mi a dolga egy-egy génnek? A választ az új genetikai kutatási irány, a funkcionális genomika adhatja meg. Egy gén szerepérõl akkor tudhatunk meg valamit, ha az adott gént kiiktatjuk (elrontjuk), és ebben a helyzetben vizsgáljuk, hogy az élõ objektum, a sejt, a szövet, vagy az organizmus milyen tüneteket mutat. A funkcionális genomika célja , hogy szisztematikusan tanulmányozza az egyenként elrontott gének hatásait. Ennek módszere a genetikai boncolás. Ez hatékonyan csak olyan szervezetekkel végezhetõ, amelyeket biológiájuk erre alkalmassá tesz: fenntarthatók és jól tenyészthetõk laboratóriumi körülmények között, tehát rövid az életciklusuk, sok utódot hoznak létre és tenyésztésük nem költséges. Egy-egy genetikai rendszer vizsgálata az eukarióta élõlényben rengeteg munkát és idõt igényel, ezért ésszerû a már kidolgozott rendszerek használata. Nem szövetes genetikai modellszervezetek például a Saccharomyces cerevisiae és a Schizosaccharomyces pombe élesztõk. A növények legegyszerûbb genetikai rendszere a lúdfû, az Arabidopsis thaliana. Az állatok között a Caenorhabditis elegans fonálféreg faj, a muslica, a zebradánió és a fugu nevû halak, illetve az egér számíthatnak fõként a funkcionális genetikusok figyelmére.

Amikor egy gén mûködésének kiesése az egyed pusztulását okozza, joggal feltételezhetõ, hogy a gén terméke nélkülözhetetlen az élethez, vagyis a gén létfontosságú. Ezeket a hiányuk okozta fenotípusról letális géneknek nevezi a genetika. Könnyû belátni, hogy e gének fontosabbak az egyed élete szempontjából, mint amelyek például a szem vagy a test színét határozzák meg. Ma már tudjuk, hogy a többsejtû eukarióták fejlõdése során a génekcsapatokban, összehangoltan mûködnek. Ennek megfelelõen a különbözõ letális gének termékeinek hiánya az egyed fejlõdését különbözõ szakaszokban akasztja meg: éppen akkor, amikor a hiányzó fehérjékre szükség lenne. De nem minden gén ilyen természetû. A muslicában a mutációval azonosítható gének egyharmadának elrontása eredményez letális fenotípust.

A muslicagenetika történetének hajnalán, 1918-ban dolgozta ki Müller a balanszer-kromoszóma-rendszert. Ennek lényege, hogy az úgynevezett balanszer kromoszóma segítségével folytonos, nemzedékrõl nemzedékre végzett szelekció nélkül, azaz elegáns könnyedséggel tarthatók fenn a letális mutációk. A trükk az, ha a kromoszómák hosszú szakaszait megfordítjuk, invertáljuk, megakadályozhatjuk, hogy a homológ kromoszómák közül a rekombinációt szenvedett kromoszómákat tartalmazó ivarsejtekbõl életképes utódok képzõdjenek, és így az egymást követõ nemzedékekben a mutációk mindig azon a kromoszómán maradnak, amelyen az elõzõben voltak, azaz nem vesznek el. E módszerrel egyszerûvé vált a létfontosságú gének azonosítása. (A balanszer kromoszómák rendszerét alaposan csak a muslicára és valamelyest a C. elegansra dolgozták ki. Az ember genetikai modelljérõl és az egér létfontosságú génjeirõl az elõbb említett két modellállathoz képest csak szórványos ismereteink vannak.)

A muslica egyik biológiai sajátossága, hogy bizonyos szövetei óriáskromoszómákat tartalmaznak. Ezekben a kromoszómák a diploid szövetekre jellemzõ méretüknek mintegy ezerszeresére nõnek. Tervezni nem is lehetne citológiai vizsgálatokra alkalmasabb objektumot. Ezek az óriáskromoszómák ráadásul jellegzetes, mintegy 5000 sávból álló, vonalkódhoz hasonló keresztcsíkos mintázatot hordoznak, mely muslicáról muslicára azonos. A kromoszóma térképét, azaz a sávmintázat pontos rajzát 1938-ban elsõként Bridges készítette el. Hosszú ideig úgy tartották, hogy minden sáv egyetlen gént tartalmaz. Ma már azonban tudjuk, hogy a helyzet egy kicsit más. A térkép ennek ellenére pontosnak bizonyult a gének nukleotidsorrendjének elhelyezésével összevetve, a 120 Mb méretû muslica eukromatin genomban a legtöbb helyen nem téved többet, mint 100 kb-ot.

Szabás-varrás géndózisokkal

A röntgensugárzás, majd a vegyszerek génkárosító hatásának felfedezését követõen úgynevezett mutáns izolálási stratégiákat dolgoztak ki. Például röntgensugárzással elõidézett kromoszómatörésekkel deléciók és duplikációk sorozatát állították elõ. A deléciót hordozó kromoszómán egy rövid kromoszómaszakasz hiányzik, míg a duplikációban egy kromoszómaszakasz kétszer is elõfordul. Ezek a kromoszómaváltozatok lehetõvé teszik, hogy a vizsgálni kívánt gén „adagját”, a genomban a normális két dózisról egyre csökkentsük vagy háromra növeljük. Ilyen deléciós és duplikációs sorozatot elõször 1970-ben állítottak elõ, ami 500 kB-os szakaszonként tapogatja végig a genom autoszómákra esõ négyötöd részét. Ez a módszer elõször tette lehetõvé, hogy magasabb rendû eukariótában teljes genomvizsgálatot végezhessenek annak megállapítására, hogy az egyes kromoszómaszakaszok hiányának hatására milyen fenotípus alakul ki. Ilyen vizsgálatot eddig csak a muslicával végezhettek. A deléciós–duplikációs sorozat létrehozása sok kutató áldozatos munkájával jött létre; ez az erõfeszítés elõfutára annak a csapatmunkának, amely a genomprogram során is szükségesnek bizonyult.

Sokkal részletesebb információt ad azonban, ha csak egyetlen gént rontunk el, például kémiai mutagénekkel. Ilyenkor a gén vagy egyáltalán nem íródik át, vagy csak mûködésképtelen termék keletkezik. E génváltozatokat funkcióvesztéses alléleknek nevezzük. Lényegében ez is géndózisváltozás, pontosabban a géntermék „dózisának” csökkentése.

A muslica mint próbababa

A hetvenes években a molekuláris biológiai technikák megjelenése rendkívül erõs versenyt indított a gének molekuláris térképezésének módszereiben. Az elsõ eukarióta DNS-t 1973-ban klónozták, egy évvel késõbb pedig elkészült a muslica elsõ klónozott génkönyvtára. A „muslicagéntár” elõállítása során azonosított klónok feldolgozásakor irányadó módszerek és stratégiák születtek.

A kiválasztott vagy valamiképpen azonosított klónok úgynevezett in situ hibridizálása (kromoszómára történõ hibridizálása) lehetõvé tette, hogy a vizsgált gén helyzetét megállapíthassák a kromoszómán, vagyis kromoszómatérképet készítsenek (az új technika széles körben elterjedt a gerincesek vizsgálataiban is).

A genetikusok eközben egyre több mutáns fenotípust azonosítottak, és egyre csiszoltabb mutagenezis stratégiákat dolgoztak ki. Erik Wieschaus és Christin Nüsslein-Volhard 1980-ban végzett kísérletei lehetõvé tették, hogy megértsük a muslicaembrió fejlõdését. Vizsgálataikban a teljes muslicagenomot telítették olyan mutációkkal, amik az embrionális korban letalitást okoznak. Ezzel bebizonyosodott, hogy nemcsak baktériumokban, hanem olyan komplex szervezetekben, mint a muslica is lehetséges genetikailag azonosítani minden gént. Mutánsaik vizsgálata tárta fel a muslica egyedfejlõdésének alapvetõ fejlõdésbiológiai természetét és a legfontosabb sejtszintû jelátviteli rendszerek szereplõit.

A muslicások svájci bicskája

A nyolcvanas évek elején dolgozták ki a transzgénikus muslica létrehozásának módszertanát. Ezt egy transzpozon, a P-elem megismerése tette lehetõvé. A transzpozon olyan mozgékony genetikai elem, amely lehetõvé teszi, hogy egy tetszõleges gént hordozó DNS-darabot bejuttassunk a muslica genomjába. Segítségével például kijavíthatunk egy mutáció okozta hibát a gén jó másolatának bevitelével, tehát valódi génterápiát alkalmazhatunk az öröklõdõ „muslicabetegségekre”. E menekítési teszt jó ideje alapvetõ fontosságú a muslicagenetikában annak bizonyítására, hogy valóban egy feltételezett gén hibája befolyásolja a fenotípust.

A P-elemmel mutációk is létrehozhatók, mert a gének „elromlanak”, ha beléjük P elem ékelõdik. Az így létrehozott, újszerû bázissorrend fantasztikus lehetõséget biztosít: az elrontott gén nukleotidsorrendje közvetlenül, egyszerûen leolvasható. Ennek elõsegítésére ugyanis a transzpozonba beillesztették egy baktériumvektorként használt plazmid DNS-ét. Ez lehetõvé teszi, hogy a beékelõdési hellyel szomszédos muslica DNS-t a baktériumban mint vektorba klónozott DNS-t tartsuk fenn. A klónozott DNS nukleotidsorrendjének leolvasása pedig már rutinfeladat. Újabban még ennél is hatékonyabb módszer áll rendelkezésünkre, az úgynevezett inverz PCR, mellyel klónozás nélkül is megsokszorozható és szekvenálható az inszerciós hellyel szomszédos genomszakasz.

A P-elem további felhasználási lehetõségeket is rejteget. A transzpozonba muslica promoter- és riportergénbõl álló szondát építve kimutathatjuk, hogy a P-elem beékelõdési helyének környékén milyen génaktiváló hatások érvényesülnek. Ezekben az úgynevezett enhanszercsapda-elemekben a jól ismert baktériumeredetû laktózbontó enzimet (lacZ), vagy egy medúza zölden fluoreszkáló fehérjéjét (GFP) használják. Ezek új, értékes fenotípust hoznak létre génjeik aktiválásakor. Szemmel követhetõ, hogy az egyes gének milyen szövetekben, vagy a fejlõdés mely szakaszában mûködnek.

Szinte se szeri, se száma a P-elem rafinált felhasználási módjainak, ezért az elemet tréfásan a muslicások „svájci bicskájának” is nevezik. Például tervezett kromoszóma-átrendezõdések is készíthetõk például módosított P-elemekkel. A genomba juttatott gének kifejezõdése P-elemmel mesterségesen szabályozható: ez ma a transzpozon egyik legfontosabb alkalmazási területe.

A hatékony mutánsizolálási módszerek egyszerûsége tette lehetõvé, hogy a muslicában sorozatban határozzák meg a gének nukleotidsorrendjét. Az adatbank ma mintegy 1300 olyan muslicagént tart nyilván, melyek nukleotidsorrendje nem a genomprogramból ismert. A molekuláris adatok tömeges publikálása azonban sokáig mérsékelte az igényt egy szervezett genomprojekt iránt.

A Drosophilagenom-projekt részben az Egyesült Államok kormánya, részben az Európai Közösség támogatásával szervezõdött. Ezen program keretein belül számos kutatólaboratórium összehangolt aktivitásával létrehozták a nukleotidsorrend leolvasásához szükséges génkönyvtárakat. Egységesítettek mindent, amit csak lehetett: a nevezéktant, a klónok és a törzsek leírását, a módszereket, és mindezt mindenki számára hozzáférhetõvé tették a világhálón. A kilencvenes évek végére a muslicagenom nukleotidsorrendjének körülbelül egyharmada vált ismertté. (A muslicával kapcsolatos tudományos adatok elektronikusan hozzáférhetõk a FlyBase (http://flybase.bio.indiana.edu/), vagy a Berkeley Drosophila Genome Projekt (http://www.fruitfly.org/) adatbázisából).

Az elmúlt évtized utolsó éveiben a C. Venter vezette Celera Genomics bejelentette, hogy az általuk a baktériumgenomok nukleotidsorrendjének feltárásához kidolgozott módszertant alkalmazni kívánják a bonyolultabb genomú, többsejtû szervezetek teljes nukleotidsorrendjének leolvasására is, hogy azután az emberi genom megfejtésével próbálkozzanak.

Az állami támogatással dolgozó kutatók és Venter megegyeztek abban, hogy az adatokat átadják egymásnak. A Celera megkapta azokat a génkönyvtárakat, amelyek már elkészültek, és alig egy évvel a bejelentés után valóban hozzáférhetõvé vált a muslicagenom nukleotidsorrendje. Úgy hírlik, a Celera laboratóriumaiban nyolc nap alatt végeztek a muslica DNS-szekvenciájának meghatározásával. Azóta a Celera elkészült az ember genomjával is, ezt jelentette be 2000-ben Clinton és Blair. Ez tette lehetõvé az ember genomsorrendjének értelmezését is, ami 2001 februárjának volt a szenzációja.

Mit tudtunk meg a muslicagenom-programból?

A muslicagenom eukromatikus részének nukleotidsorrendjérõl 2000 márciusában számolt be a Science magazin. Ennek hossza mintegy 120 megabázis (120 millió nukleotid). A számítógépes adatok birtokában 1999 novemberében egy negyvenöt tagú bioinformatikusokból, genetikusokból és molekuláris biológusokból álló szakértõcsoport gyûlt össze Rockville-ben (Maryland, Egyesült Államok) a Celera Genomics fõhadiszállásán, és rövid, de intenzív munkával sorra felcímkézték a géneket.

A muslicagének száma 13 600 (ebbõl 2500 mind genetikailag, mind molekulárisan már ismert volt). Ez több mint amit az elõzetes becslésekbõl vártak. Összehasonlításként pár adat: a C.elegans fonálféreg génjeinek száma l8 000, az emberé 35 000-nek bizonyult. Az azonosított gének aminosav-sorrendjét is elemezték. Jellegzetes, funkciókhoz köthetõ szekvenciamotívumok alapján csoportosították azokat. A felmérés azt mutatta, hogy a muslica géntermékeinek 19 százaléka vesz részt az anyagcserében, 16 százalékuk a DNS és az RNS szintézisével és mûködésével kapcsolatos, 12 százalék jelátvivõ molekulákat kódol, 10 százalék a fehérjék szerkezetének kialakításában és lebontásában vesz részt, 8 százalék a transzport- és szekréciós folyamatokért felelõs, 3 százalék a sejtvázzal kapcsolatos funkciót tölt be, míg a géntermékek 32 százalékáról egyelõre nem mondható meg, hogy mi a szerepe. Ezek az arányok nem térnek el lényegesen a C. elegansnál találtaktól.

A törzsgyûjtemények

A genetikai modellszervezetek hatékony felhasználását (a róluk felhalmozódott információkon túl) az teszi lehetõvé, hogy genetikailag definiált változataik, mutánsaik hozzáférhetõk. Egy mutáns elõállítása sok idõt és energiát igényel, ezért azokat a kutatólaboratóriumok tehermentesítése érdekében törzsgyûjteményekben helyezik el.

A Drosophila törzsgyûjteményeket több évtizede hozták létre, elõször az Egyesült Államokban, majd Európában. Az elmúlt néhány évtizedben nagyszámú mutáns törzset állítottak elõ. Ráadásul a klasszikus mutagenezisek eredményezte, elsõsorban funkcióvesztéses mutánsokon kívül transzpozon mutagenezissel és transzformációval további, különféle genetikai manipulációkra alkalmas törzseket is készítettek, amelyek általánosabb felhasználásra is alkalmasak.

A transzpozon beékelõdése okozta muslicamutánsokból célszerûvé vált külön gyûjtemény létrehozása: a P-elem beékelõdésének eredménye a funkcióvesztéses fenotípus, ami a gén dóziscsökkentésével egyenértékû, genetikailag térképezhetõ. Az ilyen mutációk helye nukleotid pontossággal megállapítható. Az inszerció citológiai helye is egyszerûen térképezhetõ P-elem próbával végzett in situ hibridizációval az óriáskromoszómán, és megadható citológiai térképhelyzete is. Ebbõl adódik az a fantasztikus lehetõség, hogy a genetikai, a citológiai és a molekuláris térkép összekapcsolható. Ez a mutánsok sokoldalú felhasználását teszi lehetõvé, páratlan lehetõséget nyújtva a kutató számára.

Hazai hõstettek

A muslicagenetikai kutatások története érdekesen alakult Magyarországon. A negyvenes években Fábián Gyula végzett nemzetközi színvonalú kutatásokat muslicán. A ma Liszenkó-korszaknak emlegetett ötvenes években a tudománypolitika azonban megakadályozta ezt. Fábián Gyulát arra kényszerítették, hogy semmisítse meg muslicatörzseit, és adja fel ilyen irányú kutatásait. A hetvenes években a Szegedi Biológiai Központban újraindultak a muslicagenetikai kutatások. Azóta Szeged a „muslicások” központja hazánkban.

A szegediek mutánsaikról híresek a világban. Így például a metamorfózis egyik híres, igen fontos génjét, az npr1-et Szegeden azonosították. Az egyik nevezetes hõsokkgént, a hsp70-et hordozó kromoszómaszakasz részletes genetikai feltárását is itt végezték. Az anyai hatás jelentõségének tanulmányozására kiválóan alkalmas nõstény-steril mutánsok gyûjteménye is szegedi, de a génaktivitást befolyásoló kromoszómafehérjék génjeinek seregét, valamint a muslicában kifejlõdõ daganatokért felelõs gének jó részét is Szegeden azonosították. A kilencvenes években két, a genomprojekt szempontjából nélkülözhetetlen gyûjtemény készült Szegeden: Kiss István laboratóriumában a Szegedi Biológiai Központ (SZBK) Genetikai Intézetében, illetve a Szegedi Egyetem genetikai és molekuláris biológiai tanszékén, a szerzõ laboratóriumában. A kísérletek méreteit érzékeltetõ adat, hogy az ötezer mutánst mintegy félmillió kezelt kromoszóma utódai közül válogattuk ki. A szelektálás során összesen körülbelül ötven kilogrammnyi „legyecskét” vizsgáltunk meg.

Az Európai Muslica Konzorcium, a muslicakutatók európai fóruma javaslatára 1997-ben a Szegedi Egyetemen létrehoztuk a Szegedi Muslicatörzsközpontot.

A törzsek többféleképpen hasznosulnak. Egyrészt referenciaként szolgálnak ismert genetikai, citológiai vagy molekuláris térképhelyek mutációiként. Másrészt kutatási nyersanyagként szolgálnak új mutánsok azonosításához.

A muslicakutatók elõszeretettel használják a törzsközpont mutánsait. A központ 1999-ben 18 000, 2000-ben pedig 19 000 törzset küldött szét 52 országból érkezõ kérésekre.

A muslicagenetika haszna

A muslicagének (és sorrendjük) gyakran hasonlítanak az emberi génekhez. A hasonló gének között gyakoriak a transzkripciós faktorok és azok partnerei, a szerkezeti fehérjék, a kromoszomális fehérjék, az ioncsatornák fehérjéi, és a jelátviteli utak szereplõi. Az alapvetõ sejtbiológiai funkciókhoz szükséges gének – úgy tûnik – konzervatívak.

Magasabb szervezettségi szinten is megfigyelhetõ a konzerváltság. A muslicák és az emlõsök génjei hasonlóak a szövetek vagy szervek fejlõdése, a fiziológiai szabályozás, az idegrendszer mûködése és a viselkedés szintjén is.

Az elsõk között a homeoboxot tartalmazó géneknél ismertek fel meghökkentõ konzerváltságot. Ezek mutációi szokatlan fenotípusokat eredményeznek, amelyeket atavizmusnak tekintettek. Például a kétszárnyúakhoz (Diptera) tartozó muslica egyik homeotikus mutánsa négyszárnyú, azaz egy pár helyett két pár szárnya van. Más esetben a mutáns csápja helyett láb nõ, vagy a fején olyan képletek jelennek meg, amelyek a „boldogabbik” végére jellemzõk. A homeotikus gének az egyes testtájak azonosságáért felelõsek. Ha elromlanak, az érintett testtáj helyett egy másik alakul ki. Ezen gének molekuláris szerkezetére egy konzervált szakasz jellemzõ, melyet homeoboxnak neveznek.
 


2. ábra. Mutáció hatására a muslica
fején tapogatók helyett lábak fejlõdtek
3. ábra. Vad típusú (a) és Ubx-génben
mutáns (b) muslica képe. A mutánsban
a harmadik torszelvény azonos a má-
sodikkal, ezért a légy négyszárnyú

A homeobox gének tanulmányozása során világossá vált, hogy a muslica és az emberi test szelvényezettségének kialakításában is hasonló gének vesznek részt. Ezek a gének kulcsszerepet játszanak az ember gerincének, végtagjainak és idegrendszerének kifejlõdésében. A veleszületett immunitás mögötti, vagy a napi ritmus kialakulásáért felelõs gének az emberben és a muslicában ugyancsak hasonlók. Nagy feltûnést keltett az a felfedezés, hogy a muslicaszem kialakulását szabályozó gén, az eyeless humán homológja ugyancsak kulcsfontosságú az emberi szem kifejlõdésében. E példák azt mutatják, hogy a gerincesekben és a gerinctelenekben számos kulcsgén nem független evolúciós találmány (tehát nem konvergencia eredménye, amint azt régebben gondolták). Sokkal inkább úgy tûnik, hogy a fenti folyamatokban a légy és az ember közös õsére visszavezethetõ, azonos eredetû gének játszanak szerepet. Ilyen szempontból tehát a muslica a gerincesek modelljének tekinthetõ.

Az emberi betegségeket a genetikus a normálistól eltérõ fenotípusnak tekinti. A betegségek persze nagyon sokfélék. A rendellenességek egy részérõl beigazolódott, hogy öröklõdnek. Ma számos öröklõdõ rendellenességrõl, azaz közkeletûen genetikai betegségrõl tudunk. Felmérést készítettek arról, hogy a 289 molekulárisan ismert emberi öröklõdõ rendellenességért felelõs gén közül hány fordul elõ a muslicában. A vizsgálatot körültekintõen végezték, csak akkor tekintették az ember és muslica génjét hasonlónak, ha a statisztikailag jelentõs sorrendi hasonlóságon túl a génrõl átíródó fehérjedomén szerkezete is hasonló volt. Egy fehérje gyakran több jellegzetes, valamilyen mûködésért felelõs motívumot hordoz, ezeket nevezzük doméneknek. Az összehasonlítás azt mutatta, hogy 177 gén, azaz a minta 61 százaléka mutatta a hasonlóságot. Ez nagyon magas egyezés. A hasonló gének között magas továbbá azok száma, amelyek az emberi rák betegségeivel, idegrendszeri, endokrin vagy vese-rendellenességekkel kapcsolatosak. A humángenom nukleotid-sorrendjének megismerésétõl az várható, hogy az ember öröklõdõ betegségeit okozó gének azonosítása felgyorsul. Ezzel párhuzamosan az ember és a muslica megfelelõ génjeinek részletes vizsgálata elõtérbe kerül és pontosabbá válhat. Jelenlegi képünk mindenesetre biztató abból a szempontból, hogy az ember egészsége szempontjából fontos gének mûködésének megértéséhez a muslicával végzett vizsgálatok segítséget nyújthatnak.

Muslica a gyógyászatban

A humán betegség génjéhez hasonló muslicagén elrontása eredményezte fenotípus tisztázza, hogy az illetõ gén milyen feladatot teljesít a muslica életében (ez a genetikai boncolás nevû, jól ismert vizsgálati módszer). Egyértelmûen megmutatja, hogy az illetõ géntermék nélkülözhetetlen-e a fejlõdéshez, az élet fenntartásához, a szaporodáshoz, vagy a normális testfelépítéshez. Elõállítható például a gént számfeletti példányban hordozó légy. Ennek vizsgálata jelzi, okoz-e rendellenességet, ha a normálisnál több géntermék keletkezik. Közvetlenül megállapítható, hogy a géntermékkel partneri viszonyban lévõ gén hibája befolyásolja-e az eredeti fenotípust. Pontosan megállapítható, hogy a vizsgált gén mikor és milyen szervben, szövetben, sejtben fejezõdik ki, és hogy a mutáció hat-e erre. Mindezen vizsgálatok eredményei alapján pontos feltételezések fogalmazhatók meg arról, hogy az emberben milyen mechanizmus húzódhat meg a tünetek mögött. Ezek azután közvetlenül ellenõrizhetõk.

A közelmúltban egy sor, az idegrendszer pusztulásával kapcsolatos emberi betegség muslicamodelljét dolgozták ki, közöttük a legismertebbek a vitustánc (Huntingtonkór) és az Alzheimer-kór.

A szenilis muslica

Az Alzheimer-kór jellegzetesen emberi betegség. Tünete az idõskori szellemi leépülés. Ennek oka, hogy a betegek központi idegrendszerében fehérjelerakódások keletkeznek. Három olyan emberi gént ismerünk, amelyek mutációja ilyen betegséget okozhat. Ezek a ß-amiloid prekurzor fehérjét, és a Presenilin-fehérje két formáját (PS1 és PS2) kódoló gének.

E géneket megtalálták a muslicában is. Elváltozásuk viselkedési zavarokat vagy az idegrendszer rendellenes fejlõdését okozza. Az ember jó génjének bevitele a muslicába meggyógyítja a mutánst, amibõl arra következtethetünk, hogy az adott gén dolga ugyanaz emberben, mint muslicában. A mutáns legyek részletes vizsgálata feltárta, hogy azokban két folyamat sérült. Az egyik gén hibájakor egy, az emlõsökben és a légyben közös, az idegsejtek kialakulásában szerepet játszó jelátviteli, Notch-nak nevezett útvonal sérül. A másik génnél az idegsejtek programozott halálával kapcsolatos a baj. Az eredmények világosan mutatják, hogy az Alzheimer-kór gyógyszeres kezelése érdekében a Notch jelátviteli útra és a presenilin kiváltotta sejthalálra ható szerek között kell kutatni.

A gyógyszerfejlesztés új lehetõségei

A muslica géntermékeinek magas hányada mûködése során kis molekulákat, hormonokat, kofaktorokat, drogokat köt. Ezen fehérjék jó része gerincesekben, és így emberben is fontos sejtbiológiai funkciót tölt be. Számos olyan kísérleti eredmény ismert, amely azt mutatja, hogy a nukleáris hormonreceptorok a jelátviteli utak résztvevõi, és egy csomó enzim csereszabatos az ember és a muslica között. Vagyis az ember génterméke kompenzálni tudja a kiesett funkciót a muslicában, és fordítva.

A nagy gyógyszergyárak hamar felismerték a hasonlóság nyújtotta lehetõségeket. A muslicagenom ilyen szempontú feltérképezésének befejezéséhez közeledve a Novartis, az Upjohn és más cégek egymás után hozták létre muslicát vizsgáló laboratóriumaikat. A világhálóból dõlnek az álláshirdetések, amelyek muslicagenetikában és molekuláris biológiában járatos szakembereket keresnek. Soha nem volt akkora kereslet muslicához értõ kutatókra, mint most. Ismerik az emberi Parkinson-kórért felelõs, a p53 tumorszupresszor, az inzulin, a szomatosztatin receptor, a tiroidstimuláló hormonreceptor, vagy akár a veleszületett immunitás génjeinek muslica rokonait is, hogy csak néhány, az ember egészsége szempontjából közismert gént említsünk.

A stratégia egyszerû: az ember génjeivel szoros rokonságot mutató muslicagének mutáns fenotípusain tesztelhetõ nagyszámú vegyület abból a szempontból, hogy enyhíti-e a mutáció okozta tüneteket. Ez gyors, egyszerû és olcsó in vivo teszt. Csak a hatásos vegyületeket kell azután valamilyen részletesebb, emberrel kapcsolatos vizsgálat alá vetni.

Természetesen ez a lehetõség felértékeli az egyetlen mutációt hordozó muslicatörzseket. Rákényszeríti a betegségekkel, gyógyszerfejlesztéssel, és más élõlényekkel foglalkozó kutatókat, hogy megbarátkozzanak a muslicagenetikával. Sokat segít ebben azonban az is, hogy a kutatók közös nyelvévé manapság a nukleotidsorrend válik.
 

Kislexikon:

Autoszóma = testi kromoszóma
Mb = megabázispár = 1 millió nukleotidpár
Eukromatikus = a kromoszómák géneket tartalmazó szakasza
Transzpozon mutagenezis = mozgékony genetikai elemekkel végzett mutagenezis
Transzformáció = idegen DNS bevitele egy élõlénybe
Inszerciós mutáns = mozgékony genetikai elem beékelõdése okozta mutáció
Promoter = egy gén átíródását kiváltó szabályozó szakasz
Riportergén = aktivitását jól jelzõ terméket kódoló gén
Balanszer = az átkeresztezõdést, azaz a genetikai rekombinációt elnyomó kromoszóma
 


Természet Világa, 132. évfolyam, 4. szám, 2001. április
http://www.chemonet.hu/TermVil/
http://www.kfki.hu/chemonet/TermVil/


Vissza a tartalomjegyzékhez