Abstract
Wewnątrz każdej komórki Twojego ciała znajduje się DNA. Niektóre z tych DNA mówią ciału, jak tworzyć białka. Jednak wiele z tego DNA nie tworzy białek i niektórzy ludzie nazywają je „śmieciowym DNA”. Ostatnie badania wykazały, że zmienność (różnice między jednostkami) w jednym konkretnym fragmencie śmieciowego DNA może zwiększać ryzyko zachorowania na raka. Naukowcy przyjrzeli się rodzajowi śmieciowego DNA zwanego powtórzeniami MSR1. Wykazali, że powtórzenia MSR1 utknęły na końcu genów wywołujących raka, tworząc „ogony”, i że krótsze ogony zwiększały ryzyko zachorowania na raka piersi i raka prostaty. Jest to ekscytujące odkrycie, ponieważ może pozwolić na lepszą diagnozę i leczenie raka.
Wewnątrz każdej komórki naszego ciała znajduje się długa, cienka cząsteczka zwana DNA. DNA jest twoją osobistą instrukcją obsługi i mówi twojemu ciału wszystko, co musi wiedzieć! DNA określa Twój kolor oczu, odcień skóry, jak wysoki jesteś, a nawet czy Twoje mięśnie są lepsze w sprincie czy w biegu maratońskim. Podobnie jak w prawdziwej instrukcji obsługi, instrukcje w DNA są zapisane w postaci serii liter. W DNA znajdują się tylko cztery litery – A, T, G i C. Litery te są połączone w instrukcję dla białek. Białka są budulcem komórek. Twój mózg, serce i wszystkie inne narządy zbudowane są z wielu różnych białek. Litery DNA potrzebne do stworzenia jednego białka nazywane są „genem”. Czy zgadniesz, ile genów ma człowiek?
Ponad 20 000!
Zgadza się, w każdej komórce Twojego ciała znajduje się ponad 20 000 genów – każdy z nich zawiera instrukcje dotyczące innego białka! Geny są ułożone wzdłuż struktur zwanych chromosomami. Chromosomy to ogromne cząsteczki DNA, które zostały zwinięte bardzo ciasno, aby zmieścić się w komórce. Każda ludzka komórka ma 23 pary chromosomów. Na rysunku 1 można zobaczyć, jak DNA, geny, chromosomy i komórki są ze sobą powiązane.
- Rysunek 1 – Można sobie wyobrazić każdą komórkę jako bibliotekę.
- W bibliotece są 23 pary regałów z książkami – a w komórce są 23 pary chromosomów. Na półkach regałów znajdują się książki – każda książka to gen. W bibliotece są po dwa egzemplarze każdej książki, bo regały są parami, pamiętaj! Wewnątrz książki znajdują się litery A, T, C i G w wielu kombinacjach, co daje instrukcję, jak zrobić pojedyncze białko.
Geny są tajnym kodem dla białek, dlatego czasami nazywa się je „kodującym DNA”. Jednak między genami jest mnóstwo innych liter DNA, które nie produkują białek. To się nazywa „niekodujące DNA,” ponieważ nie jest częścią tajnego kodu białek. W przeszłości naukowcy uważali, że geny są jedyną ważną częścią DNA. Nazywali niekodujące kawałki „śmieciowym DNA”, ponieważ uważali je za śmieci! Niektóre z tych śmieci są bardzo powtarzalne, powtarzają tę samą sekwencję liter raz za razem – nazywamy to powtarzającym się DNA. Tak, wiem – naukowcy nie są zbyt pomysłowi! Spójrz na rysunek 2, aby zobaczyć, jak śmieciowe DNA układa się wokół genów.
- Rysunek 2 – Każdy chromosom (regał) ma wiele genów (książek).
- Każda książka zawiera tajny kod białka. Ale książki (geny) nie są wszystkie obok siebie, między książkami znajdują się luźne kartki papieru. Czasami luźne kartki papieru są w tylnej części książki-jak dodatkowy załącznik. Kartki papieru zawierają litery DNA, ale nie są one częścią tajnego kodu białka. Te kartki papieru to „śmieciowe DNA”. Niektóre ze słów na luźnych kartkach papieru są bardzo powtarzalne, na przykład, po prostu mówiąc CAT w kółko! Kiedy sekwencja liter powtarza się wielokrotnie w genomie, nazywamy to „powtarzającym się DNA”.”
Warianty DNA
Czy kiedykolwiek używałeś tezaurusa? Jest to specjalny rodzaj słownika, który mówi nam o słowach, które mają takie samo lub podobne znaczenie jak inne. Na przykład, możesz wyszukać „duży” w tezaurusie i może on wymieniać „duży, masywny, ogromny”. Myślę, że zgodzisz się, że wszystkie poniższe zdania są poprawne i mają to samo znaczenie – nawet jeśli użyto w nich nieco innych słów:
Kot usiadł na brudnej macie.
Kot usiadł na brudnej macie.
Kot usiadł na błotnistej macie.
To samo może się zdarzyć w DNA. Czy pamiętasz, że sekwencja liter, które mówią organizmowi, jak wytworzyć jedno białko, nazywana jest genem? Wyobraź sobie, że patrzysz na litery genu u wielu różnych ludzi. Litery byłyby w większości takie same u każdej osoby, ale od czasu do czasu użyta byłaby inna litera, tak jak w przypadku użycia alternatywnego słowa z tezaurusa! Na przykład, jeśli spojrzałeś na gen koloru oczu, istnieje jedna wersja dla niebieskich oczu, jedna dla zielonych oczu, jedna dla brązowych oczu i jedna dla szarych oczu. Litery mogą być nieco inne, ale wszystkie są poprawnymi wersjami genu. Nazywamy te małe, normalne różnice „naturalną zmiennością.”
Śmieciowe DNA i rak
Śmieciowe DNA też może mieć naturalną zmienność. Ostatnio dr Anna Rose i jej współpracownicy wykazali, że naturalne zróżnicowanie w śmieciowym DNA może zwiększyć ryzyko zachorowania na raka. Dzielą się one zbyt szybko i powodują powstanie niebezpiecznego guzka, zwanego nowotworem. Rak jest niezwykle powszechny – być może znasz kogoś, kto miał raka lub słyszałeś historie pacjentów z rakiem w wiadomościach. Rak może dotyczyć różnych części ciała. Rak piersi zwykle dotyka kobiet, a około jedna na osiem kobiet będzie mieć raka piersi w pewnym momencie w ich życiu . Rak prostaty wpływa na mężczyzn i jest tak samo powszechne jak rak piersi . Tak więc, jak to naturalne zróżnicowanie w śmieciowym DNA zwiększa ryzyko tych nowotworów?
Badacze spojrzeli na jeden szczególny rodzaj śmieciowego DNA, zwany MSR1 powtórzeń. Stwierdzili, że skupiska powtórzeń MSR1 często znajdowały się bardzo blisko genów. Znaleźli jedno z tych skupisk MSR1 bardzo interesujące, ponieważ to skupisko śmieciowego DNA faktycznie tkwiło na końcu znanego genu powodującego raka. Jeśli spojrzeć z powrotem na rysunek 2, można zobaczyć, że luźne kartki papieru (śmieci DNA) znajdują się między książkami (geny) lub schowane na końcu książki jak załącznik. W tym przypadku, luźne kartki papieru były w tylnych stronach książki! Można by pomyśleć o powtórzeniach MSR1 jako o ogonie dla rakotwórczego genu. Naukowcy zastanawiali się, czy ogon MSR1 był ważny.
MSR1 Repeats Show a Lot of Natural Variation
Po pierwsze, badacze spojrzeli na ogon MSR1 w wielu różnych ludzi, aby sprawdzić dla naturalnej zmienności w długości. I znaleźli jej mnóstwo! U ludzi z Wielkiej Brytanii i Australii zaobserwowali, że różni ludzie mieli wszystko, od bardzo krótkich ogonów MSR1 do bardzo długich (rysunek 3).
- Rysunek 3
- Naukowcy odkryli, że powtórzenia MSR1 (niebieskie kółka) tworzyły ogon na końcu genu wywołującego raka (jak załącznik luźnych kartek papieru w tylnej okładce książki na rysunku 2). Przyjrzeli się oni ogonom MSR1 w dużej grupie ludzi z Wielkiej Brytanii i Australii i odkryli, że długość ogonów wykazywała naturalną zmienność. Niektórzy ludzie mieli bardzo krótkie ogony, podczas gdy niektórzy mieli bardzo długie ogony-i inni byli gdzieś pomiędzy!
Pamiętaj-chromosomy są w parach, więc każda osoba ma dwa z każdego genu. Oznacza to, że każda osoba ma dwa z genów powodujących raka, i dwa ogony MSR1! Tak więc, na jednym chromosomie, może być krótki ogon – ale na drugim chromosomie, może być długi ogon. Z drugiej strony, może być krótki ogon na obu chromosomach, lub długi ogon na obu chromosomach.
Naukowcy wiedzieli, że ogon genu jest często ważny w kontrolowaniu jak dużo lub jak mało białka jest produkowane z tego genu. Można sobie wyobrazić, że gen ma przełącznik kontrolny – kiedy gen jest „wyłączony”, nie jest z niego wytwarzane żadne białko. Kiedy gen jest „włączony”, białko jest produkowane. Albo – bardziej dokładnie – geny mogą być kontrolowane przez ściemniacz w lampce. Gen nie jest po prostu włączony lub wyłączony, ale może być wyłączony, słabe światło, średnie światło lub jasne światło! Naukowcy pomyśleli, że może ogon MSR1 był ściemniaczem dla rakotwórczego genu. Przeprowadzili skomplikowany eksperyment, który wykazał, że ogon o krótkiej długości produkował o wiele więcej białka niż ogon długi. Tak więc udowodnili, że ogon MSR1 był przełącznikiem ściemniacza – długi ogon był ustawieniem słabego światła, ale krótki ogon był ustawieniem jasnego światła (Rysunek 4).
- Rysunek 4 – Ogon MSR1 działa jak przełącznik ściemniacza dla genu powodującego raka.
- Krótki ogon jest ustawieniem jasnego światła na przełączniku i powoduje produkcję dużej ilości białka. I odwrotnie, długi ogon jest ustawieniem przyciemnionego światła, co oznacza, że nie produkuje się dużo białka z genu.
MSR1 Repeats in Breast Cancer and Prostate Cancer
Następnie badacze pomyśleli o tym, co to może oznaczać dla raka. Inni naukowcy już znaleźli, że guzy raka piersi i raka prostaty miały wysoki poziom białka produkowanego przez gen powodujący raka. Dr Rose i jej koledzy widzieli, że krótki ogon był przełącznikiem jasnego światła i produkował wysoki poziom białka powodującego raka (spójrz jeszcze raz na rysunek 4, aby przypomnieć sobie o tym, jeśli potrzebujesz). Pomyśleli więc, że jeśli dana osoba ma krótki ogon w genie, to może być zagrożona rakiem piersi i prostaty.
Po pierwsze, zbadali raka piersi. Spojrzeli na grupę kobiet z Wielkiej Brytanii, które miały raka piersi i taką samą liczbę kobiet, które nie miały raka piersi. Zmierzyli długość ogonów MSR1, które kobiety miały na rakotwórczym genie na każdym ze swoich chromosomów (pamiętajcie – każdy ma dwa z każdego chromosomu). Odkryli, że kobiety z rakiem piersi były znacznie bardziej prawdopodobne, aby mieć krótkie ogony MSR1. W rzeczywistości, użyli matematyki, aby pokazać, że jeśli dana osoba ma krótki ogon na obu chromosomach, jest ona pięć razy bardziej narażona na zachorowanie na raka piersi w młodym wieku. Nawet krótki ogon na tylko jednym z chromosomów sprawia, że osoba prawie dwa razy bardziej prawdopodobne, aby dostać raka piersi.
Następnie, badali raka prostaty. Tym razem spojrzeli na grupę mężczyzn z Australii z rakiem prostaty i taką samą liczbę mężczyzn bez raka prostaty. Ponownie, znaleźli, że krótki ogon MSR1 umieścić mężczyzn na ryzyko raka prostaty. Obliczyli, że krótki ogon na obu chromosomach, sprawił, że człowiek 1,5 raza bardziej prawdopodobne, aby dostać raka prostaty.
Co dalej?
To jest całkiem fajne wiedzieć, jak DNA w naszych komórkach jest kontrolowana. To było bardzo ekscytujące dla naukowców, aby odkryć, że powtórzenie MSR1 działało jak przełącznik ściemniacza. Zrozumienie, jak geny są kontrolowane, jest ważną częścią dzisiejszej nauki. Ale czy możemy to wykorzystać, aby pomóc ludziom? Prawdopodobnie!
Twoje DNA jest w dużej mierze takie samo od dnia, w którym się urodziłeś, aż do dnia, w którym umrzesz. Oznacza to, że naukowiec mógłby przetestować krew ludzi, aby dowiedzieć się, jak długo ich ogony MSR1 są, gdy są młodzi. Naukowiec wiedziałby wtedy, którzy ludzie mają krótkie ogony na swoich chromosomach, co powiedziałoby naukowcowi, którzy ludzie są w grupie podwyższonego ryzyka zachorowania na raka piersi lub raka prostaty. Te informacje pomogą lekarzom monitorować tych ludzi bardziej uważnie – i miejmy nadzieję, że każdy rak zostanie wykryty bardzo wcześnie. Oznacza to, że osoby zagrożone mają znacznie większe szanse na wyleczenie z raka.
Jednakże musimy również zastanowić się nad etyką każdego nowego testu genetycznego – zajrzyj do Ramki 1, aby dowiedzieć się więcej o etyce medycznej i o tym, czy dr Rose sama poddałaby się takiemu testowi!
Ramka 1. Co ma wspólnego etyka z genetyką?
Etyka medyczna jest rodzajem filozofii, która zajmuje się moralnością eksperymentów naukowych – po prostu, czy prowadzenie badań jest słuszne czy nie. Etyka medyczna jest szczególnie ważna w naukach medycznych, ponieważ często eksperymentujemy na istotach ludzkich lub próbkach pochodzących od ludzi (np. próbkach DNA). Zanim naukowiec przeprowadzi projekt badawczy, musi uzyskać pozwolenie od grupy specjalistów zwanej „Radą Etyki”, która rozważa, czy badanie jest etycznie słuszne.
W tym projekcie badawczym wykorzystałem próbki DNA od wielu osób – ale nie moje własne. Użycie mojej własnej próbki DNA nie byłoby etyczne. Jest to bardzo ważne, ponieważ podczas prowadzenia badań możemy dowiedzieć się czegoś zupełnie nieoczekiwanego. Co bym zrobił, gdybym przez przypadek odkrył, że mam mutację genu odpowiedzialnego za nieuleczalną, poważną chorobę? To są tego rodzaju ważne pytania, które rozważa etyka medyczna.
Jednakże wybrałbym test na długość ogona śmieciowego DNA. To dlatego, że chociaż rak jest bardzo poważną chorobą, istnieje na nią lekarstwo. Gdybym miał ten test i dowiedział się, że jestem w grupie wysokiego ryzyka, byłbym w stanie być bardziej przygotowany na chorobę. Regularniej poddawałbym się badaniom przesiewowym, a gdybym zachorował, mógłbym wcześniej podjąć leczenie. Jeśli jednak istniałby test genetyczny na inną chorobę, której nie można leczyć, nie chciałabym go wykonywać, ponieważ przysporzyłby mi on więcej zmartwień bez żadnych korzyści. Co byś zrobił w każdej sytuacji?
Może być również możliwe, aby nowe metody leczenia raka. Te badania pokazały nam, że powtórzenia MSR1 są ważne w raku. Tak więc, być może farmaceuci będą w stanie stworzyć lek, który celuje w powtórzenia MSR1. To może być nowy rodzaj chemioterapii – lek zwalczający raka.
Zrozumienie zmian genetycznych, które zwiększają ryzyko zachorowania na raka jest naprawdę ważne w dalszej walce z rakiem. Miejmy nadzieję, że to nowe odkrycie pozwoli naukowcom i lekarzom na wcześniejsze wykrycie raka oraz na nowe i ulepszone metody leczenia. A wszystko to z tak zwanego „śmieciowego DNA”!
Nie taki śmieć, co?
Słowniczek
DNA: Litera, która tworzy kod genetyczny człowieka, może to być A, T, G lub C.
Białko: Składnik budulcowy każdej komórki Twojego ciała.
Gen: Zestaw liter DNA, które stanowią instrukcję tworzenia jednego białka.
Chromosom: Masywny ciąg DNA, który znajduje się wewnątrz każdej komórki ciała.
Non-coding DNA: Litery DNA, które nie są częścią genu, a więc nie zawierają instrukcji dla białka.
Genom: Nazwa dla kompletnego zestawu wszystkich DNA na wszystkich chromosomach.
Zmienność naturalna: Drobne różnice między kodem genetycznym różnych ludzi.
Rak: Choroba, w której niektóre komórki organizmu wymykają się spod kontroli i rozrastają się tworząc guzek lub nowotwór.
Chemoterapia: Lek, który zwalcza komórki nowotworowe.
Oświadczenie o konflikcie interesów
Autor oświadcza, że badania zostały przeprowadzone przy braku jakichkolwiek komercyjnych lub finansowych powiązań, które mogłyby być interpretowane jako potencjalny konflikt interesów.
Original Source Article
Rose, A. M., Krishan, A., Chakarova, C. F., Moya, L., Chambers, S. K., Hollands. M., et al. 2018. MSR1 repeats modulate gene expression and affect risk of breast and prostate cancer. 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. MSR1 repeats modulate gene expression and affect risk of breast and prostate cancer. Ann. Oncol. 29(5):1292-1303. doi:10.1093/annonc/mdy082
Statystyki strony internetowej Cancer Research UK. Dostępne na: http://www.cancerresearchuk.org/health-professional/cancer-statistics/risk/lifetime-risk (dostęp: 1 marca 2018 r.).
Kontos, C. K., and Scorilas, A. 2012. Kallikrein-related peptidases (KLKs): a gene family of novel cancer biomarkers. Clin. Chem. Lab. Med. 50(11):1877–91. doi:10.1515/cclm-2012-0247
