Alternativní sestřih
Mechanismy kolem DNA ještě docela neznámeFoto: NHGRI
Filmy často existují v několika verzích. Za jedním sestřihem stojí filmová společnost, vedená snahou o maximální tržbu. Za druhý ručí režisér, kterému jde o umělecké ztvárnění. Někdy se verze významně liší. V buňkách probíhá podobná střihačská práce s molekulami ribonukleové kyseliny RNA.
Základní schéma je jednoduché. Podle dědičné informace uložené v dvojité šroubovici DNA se syntetizuje jednoduchá šroubovice RNA a podle jejích instrukcí se jednotlivé aminokyseliny spojují do bílkovinného řetězce. Všechno je to ale poněkud komplikovanější. Molekuly RNA se mohou sestříhat do různých verzí podobně jako filmy. A podle různých verzí ribonukleové kyseliny se pak vyrábějí různé typy bílkovin. Jediný gen uložený v DNA tak může kódovat mnoho bílkovin s odlišnými vlastnostmi a funkcemi.
Už v 60. letech minulého století vědci pochopili, že jednu aminokyselinu zařazenou do bílkoviny, určuje vždy trojice základních stavebních kamenů molekuly DNA nebo RNA. To je základ genetického kódu, jenž je univerzální pro všechny pozemské organismy. U nižších organismů, například u bakterií, je přenos informace z genů na bílkoviny skutečně takto přímočarý a z pořadí aminokyselin v bílkovině si dokážeme snadno odvodit kompletní pořadí písmen genetického kódu v genu.
U vyšších organismů, včetně člověka, je ale instrukce pro syntézu bílkoviny, přerušována vsuvkami bez většího významu, tzv. introny. RNA je nejprve systetizována i s úseky vytvořenými podle intronů. Tyto sekvence jsou však buňkou ještě v buněčném jádru vystřiženy. Jednotlivé dílky informace pro tvorbu proteinu, takzvané exony, jsou slepeny dohromady, transportovány do cytoplasmy a tam se pak podle nich vytvoří bílkovina.
Jakou verzi RNA buňky z exonů slepí?
BuňkaFoto: Imageafter
Jde o velmi důležité rozhodování, protože množství a typ bílkovin určuje, jak se bude buňka chovat, jak bude vypadat a jaké funkce v těle zvládne či nezvládne. Víme, že nervové buňky si mohou poskládat z exonů jinou předlohu pro protein než buňky svalu. Buňky střevní sliznice mohou upřednostnit takovou kombinaci exonů, jaká se naopak netěší oblibě v nervových či svalových buňkách. O důležitosti procesu, který biologové nazývají alternativní sestřih, nikdo nepochybuje. Jeho pravidla nám zůstávala dlouho utajena. Je to jako kdybychom neměli ani ponětí o to, jaké pohnutky vedly k volbě určitých záběrů režiséra a co ponoukalo k volbě úplně jiných záběrů šéfy filmového studia.
První genetický kód, tedy pravidla určující jaké aminokyseliny se zařadí do bílkovinného řetězce, je poměrně jednoduchý. Lze jej vměstnat do tabulky o 64 polích. Druhý genetický kód určující, jaké exony budou sesazeny k sobě a které budou z finální verze zralé ribonukleové kyseliny vynechány, je mnohem komplikovanější.
Buňka vybírá danou variantu sestřihu podle mnoha rysů typických jak pro introny tak pro exony. Význam jednoho a téhož motivu se navíc může lišit v závislosti na tom, kde se nachází. Je to stejné, jako když si filmoví hrdinové filmu řeknou: „Sbohem!“ v závěrečné scéně nebo záhy po začátku filmu. V prvním případě to znamená pro jejich vztah konec. V druhém případě je rozloučení příslibem budoucího setkání.
Důsledky změn v alternativním sestřihu
Zacílení na bílkoviny, které řídí expresi DNA, není jednoduchéFoto: Eric Smith, Dana-Farber Cancer Institute
Kanadští genetici z Torontské univerzity se pokusili druhý genetický kód alternativního sestřihu rozlousknout. Vydatným pomocníkem jim při tom byly databáze funkcí genů v různých typech myších buněk a výkonný počítač s programem schopným hledat skrytá pravidla a souvislosti. Vědci shromáždili údaje o tom, jak jsou zařazovány nebo naopak vynechány 3000 exonů ve 4 různých typech myších tkání - v trávicím traktu, v kosterním svalu a v raném embryu. Pak dali počítači za úkol, aby se pokusil z těchto skutečností vytáhnout obecnější zásady alternativního sestřihu. Výsledkem byla velmi složitá pravidla druhého genetického kódu. Ta musela projít důkladnou prověrkou. Vědci zadali počítači údaje o struktuře dědičné informace a požádali jej, aby vypočítal, jak budou exony těchto genů slepovány v různých typech buněk. Následně se pak podívali do živých buněk na skutečné molekuly RNA a zjišťovali, nakolik se „předpovědi“ alternativního sestřihu naplnily. Výsledek je povzbudivý. Kalkulace vyšly velmi přesně.
Bylo by předčasné jásat nad rozluštěním druhého genetického kódu. Odborníci přirovnávají tento objev zveřejněný prestižním vědeckým týdeníkem Nature k situaci, v jaké se ocitli luštitelé staroegyptských hieroglyfů po nálezu slavné rosettské desky. Věda dostala do ruky základní nástroj, který ji k prolomení druhého genetického kódu otevírá cestu. Cíl téhle pouti je ještě daleko.
V těle savců včetně člověka se nachází asi 230 typů buněk a každá sestřihává ribonukleové kyseliny po svém. Většina pravidel alternativním sestřihu platných v buňkách myši, nemusí platit v lidských buňkách. Odhaduje se, že člověk sdílí s myší asi pětinu mechanismů pro regulaci alternativního sestřihu. A tak bude nutné odhalit vlastní pravidla pro každý organismus.
Lidská DNA zachycená na sterilní skleněné tyčince.Foto: Khalil Baalbaki
Vědce čeká ještě spousta náročného bádání. Výsledek však bude stát za to. Poruchy alternativního sestřihu mohou stát v pozadí některých závažných onemocnění. Změny ve střihání a lepení genomů mohou rozhodovat o reakci organismu na léky a uzdravení z nemoci. A je téměř jisté, že nakonec objevíme i další nesmírně důležité důsledky změn v alternativním sestřihu, o jejichž existenci dnes nesní ani ti největší fantastové.
