Abstract
V každé buňce vašeho těla se nachází DNA. Část této DNA říká tělu, jak vytvářet bílkoviny. Velká část této DNA však bílkoviny nevytváří a někteří lidé ji nazývají „nevyžádaná DNA“. Nedávná výzkumná studie ukázala, že odchylky (rozdíly mezi jednotlivci) v jedné konkrétní části junk DNA mohou zvyšovat riziko vzniku rakoviny. Vědci se zabývali druhem nevyžádané DNA, který se nazývá MSR1 repetice. Ukázali, že opakování MSR1 se drží na konci genů způsobujících rakovinu a tvoří „ocásky“ a že kratší ocásky zvyšují riziko rakoviny prsu a prostaty. To je vzrušující zjištění, protože by mohlo umožnit lepší diagnostiku a léčbu rakoviny.
V každé buňce našeho těla se nachází dlouhá, tenká molekula zvaná DNA. DNA je váš osobní návod k použití a říká vašemu tělu vše, co potřebuje vědět! DNA určuje barvu vašich očí, odstín pleti, to, jak jste vysocí, a dokonce i to, zda jsou vaše svaly lepší při sprintu nebo maratonu. Stejně jako skutečný návod k použití jsou i pokyny v DNA napsány řadou písmen. V DNA jsou jen čtyři písmena – A, T, G a C. Tato písmena jsou kombinována tak, aby napsala instrukce pro bílkoviny. Bílkoviny jsou stavebními kameny buněk. Váš mozek, srdce a všechny ostatní orgány se skládají z mnoha různých bílkovin. Písmena DNA potřebná k výrobě jedné bílkoviny se označují jako „gen“. Uhodnete, kolik genů má člověk?
Více než 20 000!
Je to tak, v každé buňce vašeho těla je více než 20 000 genů – každý z nich píše instrukce pro jiný protein! Geny jsou seřazeny podél struktur zvaných chromozomy. Chromozomy jsou obrovské molekuly DNA, které jsou velmi pevně stočeny, aby se vešly do buňky. Každá lidská buňka má 23 párů chromozomů. Jak spolu DNA, geny, chromozomy a buňky souvisejí, si můžete prohlédnout na obrázku 1.
- Obrázek 1 – Každou buňku si můžete představit jako knihovnu.
- V knihovně je 23 párů knihoven – a v buňce je 23 párů chromozomů. Na policích knihoven jsou knihy – každá kniha je gen. V knihovně jsou od každé knihy dva exempláře, protože knihovny jsou v párech, nezapomeňte! Uvnitř knihy jsou písmena A, T, C a G v mnoha kombinacích, která dávají návod, jak vytvořit jednu bílkovinu.
Geny jsou tajným kódem pro bílkoviny, proto se jim někdy říká „kódující DNA“. Mezi geny se však nachází spousta dalších písmen DNA, která bílkoviny nevyrábějí. Těmto genům se říká „nekódující DNA“, protože nejsou součástí tajného kódu pro tvorbu bílkovin. V minulosti se vědci domnívali, že geny jsou jedinou důležitou součástí DNA. Nekódujícím kouskům říkali „nevyžádaná DNA“, protože ji považovali za odpad! Některé části junk DNA se velmi opakují a opakují stále stejnou sekvenci písmen – říkáme jim opakovaná DNA. Ano, já vím – vědci nemají příliš velkou představivost! Podívejte se na obrázek 2, abyste viděli, jak se nevyžádaná DNA hodí ke genům.
- Obrázek 2 – Každý chromozom (police na knihy) má spoustu genů (knih).
- Každá kniha obsahuje tajný kód pro protein. Knihy (geny) však nejsou všechny vedle sebe, mezi knihami jsou volné listy papíru. Někdy jsou volné listy papíru v zadní části knihy – jako další příloha. Tyto listy obsahují písmena DNA, ale nejsou součástí tajného kódu bílkoviny. Tyto listy papíru jsou „nevyžádaná DNA“. Některá slova na volných listech papíru se velmi opakují, například se jen stále dokola říká CAT! Když se sekvence písmen v genomu opakuje stále dokola, nazvali jsme to „opakující se DNA.“
Variace DNA
Použili jste někdy tezaurus? Je to speciální typ slovníku, který nám říká slova, která mají stejný nebo podobný význam jako ostatní. Například můžete v tezauru vyhledat slovo „velký“ a může tam být uvedeno „velký, masivní, obrovský“. Myslím, že budete souhlasit s tím, že následující věty jsou všechny správné a mají stejný význam – i když používají trochu jiné slovo:
Kočka seděla na špinavé rohoži.
Kočka seděla na špinavé rohoži.
Kočka seděla na zablácené rohoži.
To samé se může stát v DNA. Vzpomínáte si, že posloupnost písmen, která říká tělu, jak vytvořit jednu bílkovinu, se nazývá gen? Představte si, že se díváte na písmena jednoho genu u mnoha různých lidí. Písmena by byla u každého člověka většinou stejná, ale občas by bylo použito jiné písmeno, stejně jako když použijete alternativní slovo z tezauru! Pokud byste se například podívali na gen pro barvu očí, existuje jedna verze pro modré oči, jedna pro zelené oči, jedna pro hnědé oči a jedna pro šedé oči. Písmena se mohou mírně lišit, ale všechny jsou správnými verzemi genu. Těmto malým, normálním rozdílům říkáme „přirozená variabilita“.
Nevyhovující DNA a rakovina
Nevyhovující DNA může mít také přirozenou variabilitu. Dr. Anna Roseová a její kolegové nedávno prokázali, že přirozené odchylky v nevyžádané DNA mohou zvyšovat riziko vzniku rakoviny .
Rakovina je onemocnění, při kterém se některé buňky v těle vymknou kontrole. Dělí se příliš rychle a vytvoří nebezpečnou bulku, tzv. nádor. Rakovina je velmi častá – možná znáte někoho, kdo rakovinou onemocněl, nebo jste slyšeli příběhy onkologických pacientů ve zprávách. Rakovina může postihnout různé části těla. Rakovina prsu obvykle postihuje ženy a přibližně jedna z osmi žen bude mít někdy v životě rakovinu prsu . Rakovina prostaty postihuje muže a je stejně častá jako rakovina prsu . Jak tedy přirozená variabilita nevyžádané DNA zvyšuje riziko těchto druhů rakoviny?“
Vědci se zaměřili na jeden specifický typ nevyžádané DNA, který se nazývá MSR1 repetice. Zjistili, že shluky opakování MSR1 se často nacházejí velmi blízko genů. Jeden z těchto shluků MSR1 považovali za velmi zajímavý, protože tento shluk nevyžádané DNA skutečně uvízl na konci známého genu způsobujícího rakovinu. Pokud se podíváte zpět na obrázek 2, uvidíte, že volné listy papíru (junk DNA) se nacházejí mezi knihami (geny) nebo zastrčené na konci knihy jako příloha. V tomto případě se volné listy papíru nacházely na zadních stránkách knihy! Opakování MSR1 si můžete představit jako ocásek pro gen způsobující rakovinu. Vědce zajímalo, zda je ocásek MSR1 důležitý.
Opakování MSR1 vykazují velké přirozené rozdíly
Nejprve se vědci podívali na ocásek MSR1 u mnoha různých lidí, aby zjistili přirozené rozdíly v jeho délce. A našli jí spoustu! U lidí z Velké Británie a Austrálie zjistili, že různí lidé mají vše od velmi krátkých ocásků MSR1 až po velmi dlouhé ocásky (obrázek 3).
- Obrázek 3
- Vědci zjistili, že opakování MSR1 (modrá kolečka) tvoří na konci genu způsobujícího rakovinu ocásek (jako příloha volných listů papíru na zadní straně obálky knihy na obrázku 2). Podívali se na ocásky MSR1 u velké skupiny lidí z Velké Británie a Austrálie a zjistili, že délka ocásků vykazuje přirozenou variabilitu. Někteří lidé měli velmi krátké ocásky, zatímco někteří měli velmi dlouhé ocásky – a ostatní byli někde mezi tím!“
Pamatujte si – chromozomy jsou v párech, takže každý člověk má od každého genu dva. To znamená, že každý člověk má dva geny způsobující rakovinu a dva ocásky MSR1! Takže na jednom chromozomu může být krátký ocásek – ale na druhém chromozomu může být dlouhý ocásek. Na druhé straně může být krátký ocásek na obou chromozomech nebo dlouhý ocásek na obou chromozomech.
Vědci věděli, že ocásek genu je často důležitý pro kontrolu toho, kolik nebo jak málo bílkovin se z daného genu vytvoří. Můžete si představit, že gen má ovládací spínač – když je gen „vypnutý“, nevytváří se z něj žádný protein. Když je gen zapnutý, bílkoviny se vytvářejí. Nebo – přesněji řečeno – geny lze ovládat stmívačem na světle. Gen není jednoduše zapnutý nebo vypnutý, ale může být vypnutý, při slabém světle, při středním světle nebo při jasném světle! Vědce napadlo, že ocásek MSR1 je možná stmívačem pro gen způsobující rakovinu. Provedli složitý experiment, který ukázal, že krátký ocas produkuje mnohem více bílkovin než dlouhý ocas. Dokázali tedy, že ocas MSR1 je spínač stmívače – a že dlouhý ocas je nastavení pro slabé světlo, ale krátký ocas je nastavení pro jasné světlo (obrázek 4).
- Obrázek 4 – Ocas MSR1 funguje jako spínač stmívače pro gen způsobující rakovinu.
- Krátký ocas je nastavení spínače pro jasné světlo a způsobuje produkci velkého množství bílkovin. Naopak dlouhý ocas je nastavení tlumeného světla – to znamená, že se z genu nevytváří mnoho bílkovin.
MSR1 se opakuje u rakoviny prsu a prostaty
Dále se vědci zamýšleli nad tím, co to může znamenat pro rakovinu. Jiní vědci již dříve zjistili, že nádory rakoviny prsu a prostaty mají vysokou hladinu bílkoviny produkované rakovinotvorným genem . Dr. Rose a její kolegové si všimli, že krátký ocásek byl spínačem jasného světla a produkoval vysoké hladiny rakovinotvorného proteinu (pokud potřebujete, podívejte se znovu na obrázek 4, abyste si to připomněli). Napadlo je tedy, že pokud má člověk v genu krátký ocásek, může být ohrožen rakovinou prsu a prostaty.
Nejprve zkoumali rakovinu prsu. Zkoumali skupinu žen z Velké Británie, které měly rakovinu prsu, a stejný počet žen, které rakovinu prsu neměly. Změřili délku ocásků MSR1, které měly ženy na genu způsobujícím rakovinu na každém ze svých chromozomů (nezapomeňte – každý má dva z každého chromozomu). Zjistili, že ženy s rakovinou prsu měly mnohem častěji krátké ocásky genu MSR1. Ve skutečnosti pomocí matematiky ukázali, že pokud má člověk krátký ocásek na obou chromozomech, má pětkrát větší pravděpodobnost, že v mladém věku onemocní rakovinou prsu. Dokonce i krátký ocásek jen na jednom z chromozomů zvyšuje pravděpodobnost, že člověk onemocní rakovinou prsu, téměř dvakrát.
Dále zkoumali rakovinu prostaty. Tentokrát zkoumali skupinu mužů z Austrálie s rakovinou prostaty a stejný počet mužů bez rakoviny prostaty. Opět zjistili, že krátký ocas MSR1 ohrožuje muže rakovinou prostaty. Vypočítali, že krátký ocásek na obou chromozomech zvyšuje pravděpodobnost, že muž onemocní rakovinou prostaty, 1,5krát.
Co dál?
Je docela fajn vědět, jak se řídí DNA v našich buňkách. Pro vědce bylo velmi vzrušující zjištění, že opakování MSR1 funguje jako vypínač. Pochopení toho, jak jsou geny řízeny, je v dnešní době důležitou součástí vědy. Můžeme to však využít k tomu, abychom pomohli lidem? Pravděpodobně!“
Vaše DNA je z velké části stejná ode dne vašeho narození až do dne vaší smrti. To znamená, že vědec by mohl testovat krev lidí a zjistit, jak dlouhý mají v mládí ocas MSR1. Vědec by pak věděl, kteří lidé mají na svých chromozomech krátké ocásky, což by mu napovědělo, u kterých lidí je vyšší riziko rakoviny prsu nebo prostaty. Tyto informace pomohou lékařům tyto lidi pečlivěji sledovat – a doufejme, že případnou rakovinu odhalí velmi brzy. To znamená, že ohrožení lidé mají mnohem větší šanci, že se z rakoviny vyléčí.
Musíme se však také zamyslet nad etikou každého nového genetického testu – podívejte se do rámečku 1, kde se dozvíte více o lékařské etice a o tom, zda by doktorka Roseová sama test podstoupila, nebo ne!
Rámeček 1. Co má etika společného s genetikou?“
Medicínská etika je druh filozofie, který se zabývá morálkou vědeckých experimentů – jednoduše řečeno tím, zda je správné či nesprávné provádět výzkum. Lékařská etika je zvláště důležitá v lékařské vědě, protože často experimentujeme s lidmi nebo se vzorky z lidí (např. vzorky DNA). Než vědec spustí výzkumný projekt, musí získat povolení od skupiny odborníků, kterým se říká „etická komise“ a kteří zvažují, zda je studie eticky správná.
V tomto výzkumném projektu jsem použil vzorky DNA mnoha lidí – ale ne své vlastní. Použití mého vlastního vzorku DNA by nebylo etické. To je zásadní, protože při výzkumu bychom se mohli dozvědět něco zcela nečekaného. Co bych dělal, kdybych náhodou zjistil, že mám genovou mutaci pro nevyléčitelnou, závažnou nemoc? To jsou takové důležité otázky, které lékařská etika zvažuje.
Však bych se rozhodl pro test na délku ocasu junk DNA. Je to proto, že ačkoli je rakovina velmi závažné onemocnění, existuje na ni lék. Pokud bych si test nechal udělat a zjistil, že mám vysoké riziko, mohl bych se na tuto nemoc lépe připravit. Pravidelněji bych se nechával vyšetřovat, a kdybych pak onemocněl, mohl bych se léčit dříve. Pokud by však existoval genetický test na jinou nemoc, která nemá léčbu, nechtěla bych tento test podstoupit – pro mě by to znamenalo více starostí bez užitku. Co byste dělali v každé z těchto situací?“
Mohlo by se také podařit vytvořit nové způsoby léčby rakoviny. Tento výzkum nám ukázal, že repetice MSR1 jsou u rakoviny důležité. Možná tedy budou farmaceuti schopni vyrobit lék, který se zaměří na opakování MSR1. Mohl by to být nový typ chemoterapie – léku proti rakovině.
Poznání genetických změn, které zvyšují riziko onemocnění rakovinou, je opravdu důležité pro další boj s rakovinou. Doufejme, že tento nový objev umožní vědcům a lékařům dříve odhalit rakovinu a vytvořit nové a vylepšené léčebné postupy. A to vše z takzvané „nevyžádané DNA“!“
Není to zase takový odpad, že?“
Glosář
DNA:
Protein: Písmeno, které tvoří lidský genetický kód, může být A, T, G nebo C:
Gen: Soubor písmen DNA, která hláskují instrukce pro tvorbu jedné bílkoviny.
Chromozom: Soubor písmen DNA, která hláskují instrukce pro tvorbu jedné bílkoviny:
Nekódující DNA: Obrovský řetězec DNA, který je uvnitř každé buňky v těle:
Genom: Písmena DNA, která nejsou součástí genu, takže nepopisují instrukce pro výrobu bílkoviny:
Natural variation: Název pro kompletní soubor všech DNA na všech chromozomech: Drobné rozdíly mezi genetickým kódem různých lidí.
Rakovina:
Chemoterapie: Onemocnění, při kterém se některé tělesné buňky vymknou kontrole a rostou tak, že vytvoří bulku neboli nádor:
Prohlášení o střetu zájmů
Autor prohlašuje, že výzkum byl prováděn bez jakýchkoli komerčních nebo finančních vztahů, které by mohly být považovány za potenciální střet zájmů.
Původní zdroj článku
Rose, A. M., Krishan, A., Chakarova, C. F., Moya, L., Chambers, S. K., Hollands. M., et al. 2018. Opakování MSR1 modulují genovou expresi a ovlivňují riziko vzniku rakoviny prsu a prostaty. Ann. Oncol. 29(5):1292-1303. doi:10.1093/annonc/mdy082
Reference
Rose, A. M., Krishan, A., Chakarova, C. F., Moya, L., Chambers, S., Hollands, M., et al. 2018. Opakování MSR1 modulují genovou expresi a ovlivňují riziko vzniku rakoviny prsu a prostaty. Ann. Oncol. 29(5):1292-1303. doi:10.1093/annonc/mdy082
Statistiky webových stránek Cancer Research UK. Dostupné na adrese: http://www.cancerresearchuk.org/health-professional/cancer-statistics/risk/lifetime-risk (Přístup: 1. března 2018).
Kontos, C. K., and Scorilas, A. 2012. Kallikrein-related peptidases (KLKs): genová rodina nových biomarkerů rakoviny. Clin. Chem. Lab. Med. 50(11):1877–91. doi:10.1515/cclm-2012-0247
