Dr. Darula Zsuzsanna, a Műszerközpont vezetője és dr. Pap Ádám bioanalitikus.

A genetika tudományának gyökerei meglepően fiatalok – a DNS-molekula mára ikonikussá vált kettős spirál szerkezete csak 1953-ban vált ismertté. Ekkor kezdődhetett meg a DNS működésének, szabályozásának kutatása. Ez az 1970–80-as évekre vezetett iga­zán kézzelfogható eredmények­hez, például az inzulintermelés, a bűnügyi helyszínelés vagy a vakcinagyártás terén. A robbanásszerű fejlődés, melyet biotechnológiai forradalomnak is szokás nevezni, ekkoriban kezdődött. Ma már általános iskolában tanítják: a DNS gének formájában kódolja a genetikai információt, erről a sejtek átiratot készítenek, amivel azután fehérjéket állítanak elő. A fehérjék pedig meghatározzák az élőlényt: a szív, méregmirigy, köröm, szarv vagy tapadókorong felépítését.

Mindez azonban csak úgy értelmezhető, ha párba állítjuk a gének szabályozásával. Ezek olyan molekuláris mechanizmusok, amelyek segítségével a megfelelő gének a megfelelő módon, a megfelelő időben lépnek működésbe. Amíg például egy megtermékenyített petesejtből újszülött lesz, számos génnek kell tökéletes időzítéssel be- és kikapcsolnia.

Pillanatkép a laboratóriumból.

Már tudjuk, hogy ez a szabályozás nem kizárólag a génekben kódolt információn alapul, vannak genetikailag nem kódolt elemei is, ezt nevezik epigenetikai szabályozásnak. E rendszer hatása meglepően jelentős, elég belegondolni: ugyanabból a génkészletből lehet dolgozó méh vagy királynő is, a különbség közöttük csakis az epigenetikai szabályozás terméke. Egy genetikai kód valójában számos, meglehetősen eltérő élőlényhez vezethet. De hogyan?

A válaszhoz fontos hangsúlyozni, hogy a DNS nem „testetlen programkód”. Egy óriásmolekula, amelynek megvan a maga fizikai kiterjedése: hossza van és szélessége, helyet foglal, tekeredhet, törhet. Kapcsolódhatnak hozzá olyan molekulák, amelyek a géneket a leolvasás számára hozzáférhetetlenné teszik. A magyar közreműködéssel végzett kutatás­ban egy olyan módszert térképeztek fel, amely rendkívül fontos szerepet játszik a sejtek önszabályozásában, és ezért akár az orvostudomány kezében is komoly eszköz lehet: a hiszton­fehérje módosítását.

Minden emberi sejtben majdnem kétméternyi DNS-lánc található. Ennek a tárolása komoly feladat, melyet a sejtek úgynevezett nukleoszómá­kon keresztül oldanak meg. Minden nukleoszóma nyolc, egymáshoz ki­rakós módjára illeszkedő hiszton­­fehérjéből áll. Ezek együtt egy kábel­dobhoz hasonló szerkezetet alkot­nak, amelyre a DNS-molekula fizikailag feltekere­dik. Az egymás után sorako­zó nukleoszómák így kis helyen, tömörítve tárolják a DNS-t. Az érmének azonban két oldala van: a nukleoszómákra tekert DNS-láncot a sejtek nem tudják olvasni (és javítani sem). Az ezeken szereplő génekről tehát nem készül átirat, mintha nem is lé­teznének. Vagyis a sejt a genetikai kódjának éppen nem használt részét tartja nukleo­szómákra csomagolva – vagy másképp fogalmazva, a gén, amelyet a sejt összecsomagol, elhall­gat. Amikor sejtosztódásra kerül sor, a könnyebb mozgathatóság érdekében a teljes DNS-készlet összecsomagolódik. Ilyenkor alakulnak ki a jellegzetes alakú kromoszómák.

A kutatók felfedezték, hogy az egyik hisztonvariáns, az úgynevezett H2A.Z fehérje végén van egy mindössze kilenc aminosav hosszúságú „farkinca”, amely döntő fontosságú a nukleoszóma stabilitása szempontjából, azaz, hogy a hisztonfehérje elengedi-e a DNS-t, ami így kicsomagolódik, és ismét olvashatóvá válik. Ráadásul azt is megfigyelték, hogy nemcsak a rövidke, C9-nek nevezett elem eltávolítása befolyásolja a nukleoszóma működését, hanem az is, ha kívülről újra bejuttatják a sejtbe. Mivel ez az eljárás élő sejtekben is kivitelezhető, felveti a lehetőségét, hogy egy nap a DNS tömörítési mechanizmusának szabályozását terápiaként használva befolyásolhatunk olyan egészségügyi problémákat, amelyekre jellemző a nem megfelelő génkifejeződés. Ilyenek például a daganatos vagy autoimmun betegségek, de az öregedés folyamata önmagá­ban is szétzilálja a genetikai kód megfelelő tárolását.

A HCEMM–SZBK Egysejtes Omikák Műszerközpont tömegspektrométere.

Abban, hogy a kutatás fókuszában álló hisztonfehérjék azonosíthatók, az őket érintő változások és kölcsönhatások mérhetők voltak, jelentős érdeme van a HCEMM–SZBK Egysejtes Omikák Műszerközpontnak. Az itt dolgozó kutatók végezték ugyanis az összetett eljárást, melynek során a vizsgált sejtekből származó fehérjéket speciális enzimekkel feldarabolták, majd ezeket a darabokat tömegspektrometriás analízist követően a tömegük alapján egy adatbázis segítségével azonosították, és megállapították, melyik fehérjéhez tartoznak.•

Címlapkép: HCEMM