Amikor öt évvel ezelőtt, az első zsiráf (és első okapi) genom(vázlat) publikálásának apropóján írtam posztot, az azzal a szomorú felütéssel ért véget, hogy hiányérzetem van, mert a két faj genomjának összehasonlítása megrekedt a fehérjekódoló szekvenciák összehasonlításának szintjén, pedig
eddigi ismereteink mind-mind azt sugallják, hogy a legizgalmasabb dolgok, nem a fehérjék szintjén történhettek, hanem a meglevő fehérjék felhasználásának terén: hogy hol és mennyi ideig fejeződik ki egy-egy gén, az legalább annyira fontossá válhat, mint egy-két aminosavnyi változás.
Mint azt a napokban a Science Advances lapban publikált sokkal jobb minőségű (vagyis teljesebb) genomot bemutató cikkből látni, ez nem nagyon változott öt év alatt, de legalább addig eljutottunk, hogy egy nagyon érdekes gén esetében valódi funkcionális vizsgálatok történtek, vagyis túlléphettünk a korrelációkba belelátott okozati kapcsolatokon.
De mielőtt még ezt gyorsan bemutatom, egy gyors ábrában, hogy ezek az új, gyakorlatilag kormoszómákba összerakott genomok milyen típusú elemzéseket tesznek lehetővé. A zsiráf esetében 15 pár kromoszómával találkozuk, a legtöbb szavasmarha esetében azonban 30 párral. Vagyis a zsiráfokhoz vezető (genom)evolúciós útvonal számos kromoszómafúziót tartalmazott, ezek azonban nem nagyon befolyásolták a gének sorrendjét a DNS-en, amit szakzsargonban szinténiának nevezünk. Az alábbi ábra is jól mutatja ezt, az esetleges inverziókkal, illetve kromoszóma-transzlokációkkal megspékelve.
A kutatók végül egy konkrét gént vizsgáltak meg jobban, ez egy FGF-jelátvitelhez kapcsolt fehérjét kódol (fibroblast growth factor (FGF) receptor–like protein 1 – FGFRL1). Azért pont erre esett a választásuk, mert egyrészt számos ponton ez a gén olyan mutációkat hordoz, amelyek csak a zsiráf genomban fordulnak elő és az érintett aminosavak minden más emlősben meglehetősen konzerváltak. A másik fontos ok, hogy az FGFRL1 funkcióvesztéssel járó mutációi emberben és egérben is érrendszeri, valamint vázrendszeri problémákhoz vezetnek (vagyis ezeknek a szöveteknek a fejlődésében lehet fontos ez a fehérje).
A zsiráfok esetében élettani érdekesség, hogy viszonylag magas vérnyomásuk van (ez azért szükséges, mert a vért valahogy el kell juttatni a hosszú erek végébe is), de ez mégsem károsítja a keringési rendszerüket (ellentétben mondjuk az emberi magas vérnyomással). Hogy megnézzék, lehet-e köze a zsiráf-specifikus mutációknak ehhez a vérnyomás-rezisztenciához, azokat bevitték egy egér FGFR1L génjébe, mintegy “zsirafizálva” azt. Az így létrehozott egerek elég hétköznapian néztek ki (vagyis a vázrendszer zsiráfokra jellemző megnyúlása nem, vagy nem csak ettől függ), de természetesen a külalak nem minden.
Kontroll és “zsirafizált” egerekben az erek összehúzódását váltották ki egy angiotenzin II (Ang II) molekula felhasználásával (apró trivia: a SARS-CoV-2 vírus által receptorként használt ACE2 molekula valódi feladata ennek a molekulának a lebontása lenne), s ezzel kvázi magas vérnyomásos szindrómát hoztak létre. Az eredmények azt mutatják, hogy a mutáns FGRF1L gyakorlatilag megvédte az egerek szívét a magas vérnyomás okozta problémáktól.
Ez persze egy fontos, de azért apróbb lépés annak megértése felé, hogy mitől lesz a zsiráf olyan, amilyen. Egyelőre megerősödhet az a sejtés, hogy számos fontos jelleget szabályozórégiók változásai hozhatnak létre. Hogy ezek hol és hogyan hatnak, és milyen géneket érintenek, továbbra is fogas kérdés marad. De talán az olyan természetes mutánsok, mint amilyeneket nemrég írtak le Namíbiában és Ugandában, segíthetnek majd ennek a kérdésnek a megfejtésében is.
Az említett két fiatal hím zsiráf gyakorlatilag törpe, vagyis olyan vázrendszeri rendellenességet mutat, ami miatt a lábaik (és egyikük esetében valamennyire a nyak is) rövidebbek a fajtársaikban tapasztalhatónál. (A kicsit különböző törpeség, illetve a földrajzi távolság miatt elképzelhető, hogy két különböző mutációról van szó.)
Nem tudjuk, hogy mi lehet az oka a furcsa rendellenességnek (sajnos arról nem szól a cikk, hogy bármilyen módon DNS-mintát vettek volna ezekből az egyedekből), de ha már előkerült az FGF-jelátvitel, akkor talán érdemes megemlíteni, hogy mindez analóg változásnak tűnik mindazzal, ami a tacskók esetében is bekövetkezett. És ott, mint azt pár éve tudjuk, egy FGF gén funkciónyerése (pontosabban kópiaszám növekedése) áll a fenotípus hátterében.
Ha tippelni lehetne, csak (rövid) idő kérdése lesz, hogy kicsit jobban megértsük, mi is okozza ezeknek a zsiráfoknak a törpeségét.
(A borítókép a Piqsels oldaláról származik.)
Liu C, Gao J, Cui X, Li Z, Chen L, et al. (2021) A towering genome: Experimentally validated adaptations to high blood pressure and extreme stature in the giraffe. Sci Adv 7(12): eabe9459. doi: 10.1126/sciadv.abe9459.
Brown, M.B., Wells, E. (2020) Skeletal dysplasia-like syndromes in wild giraffe. BMC Res Notes 13, 569 (2020). doi: 10.1186/s13104-020-05403-9