Egy gén története

Az evolúció egyik fontos kérdése, hogyan születnek új gének? A mai cikkünkben Richard Cordaux és munkatársai ennek jártak utána. A SETMAR gént először kísérleti hibának gondolták, egy kiméra messenger RNSként írták le, ami egy SET domént és egy mariner – szerű ugráló genetikai elem transzpozáz enzimjét kódoló RNSt tartalmaz. Viszont negyvennyolc különböző mintából sikerült kimutatni ugyanezt a transzkriptet, így hamar kiderült, hogy nem hiba, hanem egy valóban létező, emberi sejtekben átíródó transzkriptum, amiről fehérjetermék is képződik. Az általa kódolt fehérje 671 aminosav hosszúságú és hiszton metiltranszferáz aktivitással rendelkezik. A fehérje ortológját megtalálták zebrahalban, patkányban, kutyában, tehénben, ezek azonban egy lényeges ponton különböztek tőle: Nem tartalmazták a transzpozáz enzimhez hasonlító MAR domént.

Az evolúció egyik fontos kérdése, hogyan születnek új gének? A mai cikkünkben Richard Cordaux és munkatársai ennek jártak utána. A SETMAR gént először kísérleti hibának gondolták, egy kiméra messenger RNSként írták le, ami egy SET domént és egy mariner – szerű ugráló genetikai elem transzpozáz enzimjét kódoló RNSt tartalmaz. Viszont negyvennyolc különböző mintából sikerült kimutatni ugyanezt a transzkriptet, így hamar kiderült, hogy nem hiba, hanem egy valóban létező, emberi sejtekben átíródó transzkriptum, amiről fehérjetermék is képződik. Az általa kódolt fehérje 671 aminosav hosszúságú és hiszton metiltranszferáz aktivitással rendelkezik. A fehérje ortológját megtalálták zebrahalban, patkányban, kutyában, tehénben, ezek azonban egy lényeges ponton különböztek tőle: Nem tartalmazták a transzpozáz enzimhez hasonlító MAR domént.

A szerzők nyolc főemlőst vizsgáltak meg, jellemezték a SETMAR génjüket. A koboldmaki kivételével mindegyikben megtalálták ezt a gént, így a kialakulását valamikor 40-60 millió évvel ezelőttre tehették. A koboldmaki ugyanis a többi gerincesre jellemző gént hordozza, amely nem tartalmazza a MAR domént kódoló szakaszt. Közelebbről megvizsgálva a gén szekvenciáját, kiderül, hogy az „új” transzpozázhoz hasonló domént kódoló génszakasz valójában egy mariner típusú ugráló genetikai elem. Ami érdekes, minden esetben a SET szakasz után a mariner ugráló genetikai elemben (Hsmar1) egy másik AluSx ugráló genetikai elem beépülés is megtalálható pontosan ugyanazon a helyen. Nyilván az ősi gén mellé épült be a Hsmar1 ugráló genetikai elem, majd később ugyanide ugrott az AluSx elem. Az Alu beépülés viszont deletált tizenkét bázispárnyit a Hsmar1 ugráló genetikai elem 5′ fordított ismétlődést hordozó szakaszából, ezzel lehetetlenné tette, hogy a Hsmar1 elmozduljon a helyéről, mivel az ugráshoz szüksége lenne mindkét végén a fordítottan ismétlődő DNS szekvenciára. Ettől azonban még csak rögzült a Hsmar1, semmilyen módon sem kapcsolódott a közvetlen közelében található génhez. Egy huszonhét bázispár méretű deléció azonban eltávolította a SET domént kódoló gén végéről a STOP kodont, ezzel a gén eddig át nem íródó szakasza is bekerült a fehérjekódoló régióba.

A SETMAR génben azonban a SET és a MAR domén két különböző exonban ül. Hogyan került közéjük az intron, hiszen az intronok kezdetét és a végét egy megfelelő szignálszakasz jelöli ki? Meglepő módon ez az 5′ splicing hely minden vizsgált emlősben megvan, azokban is, amelyekben nyoma sincs a Hsmar1 ugráló genetikai elemnek. Ezt hívják úgy, hogy kriptikus splicing hely, működhetne, de nem működik, mert nincs olyan 3′ splicinghely, amivel kölcsönhatásba léphetne. Pontosan ezt szállította a Hsmar1 ugráló genetikai elem, ami egy slpicing akceptor szekvenciát hordoz a START kodonja előtt. Erről tudató, hogy már az eredetileg beépült Hsmar1 ugráló genetikai elem is hordozta, ugyanis amikor átfésülték az emberi genomot három másik hasonló független beépülést is találtak, de ezek nem kódolnak működőképes fehérjéket. Ez a véletlen egybeesés lehetővé tette, hogy a SET és a MAR domének innentől egy fehérjét alkossanak.

Ez a cikk szép példa arra, hogy egy gén szerkezetének nagyon alapos vizsgálatával van hogy visszafejthető a története is. Ez esetben egy ugráló genetikai elem transzpozáz enzimjének és egy meglévő emlős fehérjének a fúziójából jött létre egy új fehérje, egy sorozat mutáció nyomán, amik nyomai ma is felismerhetőek, összeállítható belőlük a gén története.

R. Cordaux, S. Udit, M. A. Batzer, C. Feschotte (2006): Birth of a chimeric primate gene by capture of the transposase gene from a mobile element; PNAS vol. 103 no. 21 8101–8106

Sexcomb