Τα γονίδιά μας δεν λειτουργούν όλα με τον ίδιο τρόπο. Ενώ τα περισσότερα γονίδια αυξομειώνουν σταδιακά τη δραστηριότητά τους, σαν ρυθμιστές φωτεινότητας, κάποια γονίδια λειτουργούν σαν διακόπτες φωτός, είτε πλήρως «αναμμένα» είτε τελείως «σβηστά». Μια διεθνής ομάδα επιστημόνων εντόπισε 473 τέτοια γονίδια-διακόπτες, που θα μπορούσαν να βοηθήσουν τους γιατρούς να προβλέψουν τον κίνδυνο εμφάνισης καρκίνου, αυτοάνοσων και άλλων σοβαρών παθήσεων πολλά χρόνια πριν εμφανιστούν τα πρώτα συμπτώματα.
Οι ερευνητές ανέλυσαν γενετικά δεδομένα από σχεδόν 1.000 ανθρώπους, καλύπτοντας 27 διαφορετικούς ιστούς, και δημοσίευσαν τα ευρήματά τους στο περιοδικό «Nature Communications». Οι βιολογικοί αυτοί διακόπτες δημιουργούν ένα φαινόμενο που οι επιστήμονες ονομάζουν «διμορφική έκφραση» (bimodal expression), δηλαδή τα γονίδια είτε εκφράζονται πλήρως είτε παραμένουν εντελώς ανενεργά σε διαφορετικά άτομα, χωρίς ενδιάμεση κατάσταση.
Σύντομα, οι γιατροί θα μπορούσαν εξετάζουν τις «ρυθμίσεις» αυτών των γονιδιακών διακοπτών στις ιατρικές επισκέψεις ρουτίνας, ώστε να εντοπίζουν νωρίς κινδύνους ασθενειών. Αυτοί οι διακόπτες φαίνεται να λειτουργούν ως κύριοι ρυθμιστές που μπορούν να ενεργοποιούν ή να απενεργοποιούν ολόκληρα δίκτυα γονιδίων ταυτόχρονα.
Η μελέτη έδειξε ότι τα γονίδια-διακόπτες σχετίζονται ιδιαίτερα με καρκίνους, καθώς και με παθήσεις του ανοσοποιητικού, του μεταβολισμού και του δέρματος.
Πώς ανακάλυψαν οι ερευνητές αυτούς τους διακόπτες
Η ομάδα του Πανεπιστημίου της Νέας Υόρκης στο Μπάφαλο ανέλυσε δεδομένα έκφρασης γονιδίων από τη βάση GTEx, η οποία περιέχει δείγματα ιστών από 943 άτομα που δώρισαν τα σώματά τους στην επιστήμη. Αντί να εξετάσουν τις αλληλουχίες DNA, επικεντρώθηκαν στο ποια γονίδια είναι ενεργά σε κάθε ιστό. Η ομάδα διαπίστωσε ότι 473 γονίδια συμπεριφέρονταν σαν τους παραδοσιακούς διακόπτες on/off αντί για τους ροοστάτες που χρησιμοποιούμε για τον έλεγχο του φωτισμού σε ένα δωμάτιο. Σε οποιοδήποτε δεδομένο άτομο, αυτά τα γονίδια ήταν είτε πολύ ενεργά είτε τελείως ανενεργά.
Αυτοί οι γενετικοί διακόπτες δεν ενεργοποιούνται τυχαία. Πολλοί ελέγχονται από κοινές γενετικές παραλλαγές– δηλαδή διαφορές στο DNA που κληρονομούμε από τους γονείς μας. Κάποιοι διακόπτες προκαλούνται από μεγάλες διαγραφές όπου λείπουν ολόκληρα τμήματα γονιδίων, ενώ άλλοι ρυθμίζονται από αλλαγές σε μεμονωμένα γράμματα του γενετικού κώδικα.
Κύριοι διακόπτες ελέγχουν πολλαπλά γονίδια
Τα γονίδια-διακόπτες δεν λειτουργούν μεμονωμένα. Σε ορισμένους ιστούς, ειδικά στο στήθος, το έντερο και τον κόλπο, πολλοί διακόπτες ενεργοποιούνται ή απενεργοποιούνται ταυτόχρονα, υπό τον έλεγχο κυρίως ρυθμιστικών μηχανισμών. Στον ιστό του μαστού, 157 από τα 158 γονίδια-διακόπτες που εξετάστηκαν εκφράζονται κυρίως στις γυναίκες. Πολλά από αυτά σχετίζονται με την ανάπτυξη καρκίνου και ρυθμίζονται από ορμονικά σήματα.
Επτά γονίδια που συνδέονται με την κολπική ατροφία, η οποία επηρεάζει σχεδόν τις μισές μετεμμηνοπαυσιακές γυναίκες, απενεργοποιούνται ταυτόχρονα. Η έρευνα έδειξε πως η μείωση των επιπέδων οιστρογόνων προκαλεί την ταυτόχρονη απενεργοποίηση αυτών των γονιδίων, οδηγώντας στη λέπτυνση του κολπικού ιστού.
Μελετώντας τις δομικές παραλλαγές στο ανθρώπινο γονιδίωμα, οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι το 41% των καθολικών γονιδίων που μοιάζουν με διακόπτη (αυτά που συμπεριφέρονται με τον ίδιο τρόπο σε όλους τους ιστούς του σώματος) προκαλούνται από αλλαγές μεγάλης κλίμακας στο DNA, όπως διαγραφές, διπλασιασμούς ή εισαγωγές.
Ένα παράδειγμα είναι τα γονίδια USP32P2 και FAM106A. Μια κοινή διαγραφή που εμφανίζεται στο 25% του παγκόσμιου πληθυσμού αφαιρεί εντελώς αυτά τα γονίδια. Τα γονίδια των ατόμων που κληρονομούν τη διαγραφή και από τους δύο γονείς είναι απενεργοποιημένα σε όλους τους ιστούς.
Αυτή η διαγραφή σχετίζεται πιθανώς με προβλήματα υγείας. Πιο συγκεκριμένα, η μειωμένη δραστηριότητα του γονιδίου USP32P2 στα σπερματοζωάρια συνδέεται με την ανδρική υπογονιμότητα, ενώ το γονίδιο FAM106A αλληλεπιδρά με τον ιό SARS-CoV-2 και η έκφρασή του μειώνεται μετά από λοίμωξη. Η μελέτη υποστηρίζει ότι άτομα με απενεργοποιημένο το γονίδιο FAM106A μπορεί να εμφανίσουν πιο σοβαρή μορφή COVID-19.
Χημικές τροποποιήσεις ελέγχουν τους διακόπτες
Πώς ελέγχονται αυτοί οι γενετικοί διακόπτες σε μοριακό επίπεδο; Η μεθυλίωση του DNA, μια χημική τροποποίηση που μπορεί να σιγήσει γονίδια, παίζει σημαντικό ρόλο στη συμπεριφορά τους. Όταν οι ερευνητές ανέλυσαν τα πρότυπα μεθυλίωσης στα γονίδια-διακόπτες, βρήκαν ότι στο 30% υπήρχε ισχυρή αρνητική συσχέτιση ανάμεσα στα επίπεδα μεθυλίωσης και στη γονιδιακή δραστηριότητα.
Η μεθυλίωση επηρεάζεται από περιβαλλοντικούς παράγοντες, οι οποίοι μπορούν να μεταβάλλουν την κατάσταση των γονιδιακών διακοπτών. Στον ιστό του μαστού, 71 από τα 73 γονίδια-διακόπτες που σχετίζονται με τη μεθυλίωση εντοπίστηκαν αποκλειστικά εκεί, υποδηλώνοντας ότι ο μαστός είναι ιδιαίτερα ευαίσθητος στις επιδράσεις του περιβάλλοντος.
Πέρα από τα γονίδια, η ηλικία και οι ορμόνες επίσης επηρεάζουν τους διακόπτες. Στον ιστό της μήτρας, δύο γονίδια έδειξαν αλλαγές στη λειτουργία τους ανάλογα με την ηλικία, ίσως εξηγώντας τη μείωση της γονιμότητας με τα χρόνια. Οι ορμόνες του φύλου, κυρίως τα οιστρογόνα, αναδείχθηκαν ως ισχυροί ρυθμιστές των διακοπτών. Ο συντονισμένος έλεγχος πολλών γονιδίων σε απόκριση στα οιστρογόνα ανοίγει το δρόμο για ορμονικές θεραπείες που θα στοχεύουν συγκεκριμένους γενετικούς διακόπτες, προσφέροντας πιο εξατομικευμένες λύσεις για ορμονοεξαρτώμενες παθήσεις.
Οι γιατροί μπορεί σύντομα να χρησιμοποιούν τα προφίλ αυτών των γενετικών διακοπτών για να αξιολογούν τον κίνδυνο ασθενειών πολύ πριν την εμφάνιση συμπτωμάτων. Επειδή πολλά από αυτά τα γονίδια σχετίζονται με μηχανισμούς του καρκίνου, η εξατομικευμένη ρύθμιση των διακοπτών του κάθε ατόμου θα μπορούσε να βοηθήσει στον εντοπισμό της προδιάθεσής του για καρκίνο.
Για καταστάσεις όπως η ατροφία του κόλπου, η ορμονική θεραπεία υποκατάστασης που ενεργοποιεί τους κατάλληλους γονιδιακούς διακόπτες μπορεί να προσαρμοστεί με μεγαλύτερη ακρίβεια σε κάθε ασθενή. Η αναγνώριση των 473 γονιδιακών διακοπτών αποτελεί μόνο την αρχή του τρόπου με τον οποίο αυτοί οι βιολογικοί μηχανισμοί ελέγχουν την ανθρώπινη υγεία και τις ασθένειες. Καθώς οι επιστήμονες δημιουργούν πιο εξελιγμένα εργαλεία για την παρακολούθηση και τον έλεγχο αυτών των γονιδιακών διακοπτών, ενδέχεται να μπαίνουμε σε μια εποχή όπου οι γιατροί θα έχουν τη δυνατότητα να ενεργοποιούν ή να απενεργοποιούν κυριολεκτικά τους γονιδιακούς διακόπτες που καθορίζουν την εξέλιξη των ασθενειών μας.
ΠΗΓΗ: Studyfinds
