Darvas Zsuzsa, László Valéria

Sejtbiológia

Az eukarióta (részben az emberi) genom összetétele

Az eukarióta sejtszerveződéssel együttjárt a genetikai információ mennyiségének, azaz a sejtben tárolt DNS molekulák számának óriási mértékű megnövekedése. A humán genom, azaz egy diploid (2n) emberi sejt DNS molekuláinak összessége 2 x 3 x 109 bázispárnyi információt tartalmaz (összehasonlításképpen az E. coli baktérium 4,7 x 106 bázispárnyi információval rendelkezik). Ez az információ egy diploid sejtben 46 lineáris DNS molekulában van tárolva, amelyek a hozzájuk kapcsolódó fehérjékkel önálló egységenként szerveződnek. Becslések szerint az a nukleotid mennyiség, amelyet a humán genom tartalmaz, kb. 3 millió fehérje előállításához elegendő információt szolgáltat. Valójában úgy 30 000 fehérjekódoló génünk lehet. Az az általunk feltételezett fehérjemennyiség, amely minimálisan elegendő lehet a sejt létezéséhez ennél sokkal kevesebbet, kb. 60 000 féle fehérjét jelent. Azaz a DNS mennyisége sokkal nagyobb, mint amennyi feltételezett információ a fehérjék felépítéséhez szükséges.

Mi ez a többlet-DNS-mennyiség, mi a feladata?

Ez a DNS többlet részben géneket azaz funkcionális RNS-t kódoló DNS szekvenciákat jelent, amelyek egynél több kópiában vannak jelen a genomban, de számos olyan DNS szekvenciát is, amely nem génként funkcionál. Ezen elemeket vesszük most sorra:

Minden kromoszómányi DNS mint önálló egység tartalmaz speciális elemeket:
- replikációs kezdőpont (origo) elemeket, – centromer szekvenciát, – telomer szekvenciát.
- Ezen szakaszokra és szerepükre a sejtciklus, illetve a sejtosztódás tárgyalásánál, illetve a Genetika jegyzetben térünk ki.
A legtöbb fehérjét kódoló eukarióta gén sokkal nagyobb méretű, mint a fehérje előállításához információt szállító mRNS molekula. Ennek magyarázata az, hogy a gén nem egységes, hanem kis részekből, modulokból épül fel. Azokat a modulokat, amelyek az RNS molekula közvetítésével a fehérje felépülésére vonatkozó információt hordoznak exonoknak, a közöttük elhelyezkedő fehérjét nem kódoló szakaszokat pedig intronoknak nevezzük. Általában jellemző, hogy a fehérjét nem kódoló intron szakaszok sokkal hosszabbak a fehérjét kódoló exon szakaszoknál. Az intronok nem találhatók meg a mai modern prokariótákban, de a feltételezések szerint az ősi prokarióta sejtek génjei tartalmaztak intronokat, amelyeket a prokarióta sejt az evolúció során elveszített.

Az intronok egyik lehetséges szerepe a gének átrendeződésében és újrakombinálódásában van. Ez fontos momentuma a génevolúciónak, ugyanis az exonok átrendeződésével új fehérjék jöhetnek létre. A másik szerepkör pedig egy új szabályozási mechanizmus kialakítása. Mint láttuk a DNS-ről RNS-re történő átírást követő folyamatokban szerepet játszanak kis snRNS-ek, snoRNS-ek, és a microRNS-ek. Ezeknek az RNS-ek egy része nem exonról hanem intronról íródik át.

Az mRNS molekula mindkét végén tartalmaz egy rövid szakaszt, amely képződésekor a DNS-ről átíródik az RNS-re de nem vesz részt a transzlációban, azaz nem jelenik meg a fehérjében lásd a mRNS érési folyamatait.
Mint ahogy ez már a génmüködés szabályozásánál szóba került, az eukarióta gének mindegyike tartalmaz a géntől 5 (upstream) és 3 (downstream) irányban olyan DNS szekvenciákat, amelyek a gén átírását azaz expresszióját szabályozzák. Ezek a génreguláló DNS szakaszok.
Az evolúció során a gének duplikációja többféle kimenetelű változást okozhat a genom összetételében. Pl. mindegyik duplikálódott gén mutálódhat de működőképes, aktív marad és funkcióképes fehérjéket hoz létre. Ezek a gének géncsaládokat (cluster) alkotnak. Számos ilyen géncsalád ismert a humán genomban, példának lehet említeni az - és a -globin géncsaládot. Az is előfordul, hogy a duplikálódott gén a mutáció során bekövetkezett változások miatt elveszíti a funkcióját, és nem íródik át. Ezeket a géneket pszeudogéneknek nevezzük.

Ha a génduplikáció sokszor ismétlődik és a megsokszorozódott (amplifikálódott) gének egymás után ismétlődve helyezkednek el, akkor ún. tandem ismétlődő gének jönnek létre, amelyek között nem átíródó, egyforma méretű és összetételű ún. közti (spacer) szekvenciák találhatók. Ilyen elrendeződést mutatnak pl. a riboszomális gének, amelyek rRNS-t kódolnak. Az rRNS gének kópiaszáma igen változó, akár többszáz is lehet. A kópiaszámot az is befolyásolhatja, hogy ezeken a területeken ugyanaz a szekvencia hosszasan ismétlődik, és ha a crossing over (allélkicserélődés) során egyenlőtlen génkicserélődés történik, akkor ezen ismétlődő szakaszok kópiaszáma csökkenthet vagy növekedhet.

A humán genom elég nagy, kb. 30%-ban tartalmaz egyéb ismétlődő, repetitív szekvenciákat is. Ezen szekvenciákat két nagy csoportba oszthatjuk. Az első csoport a szatellita DNS csoport, amelynek többféle fajtája létezik, a másik pedig a szétszóródó repetitív DNS, amely elsősorban az ún. transzpozonokból származik.
- A szatellita DNS sajátos szekvenciájú, rövid DNS darabokból áll, amelyek akár több ezerszer is ismétlődhetnek a genomban. Emberben elsősorban a kromoszóma centromer régiója körüli területen helyezkednek el, és az ún. kostitutiv heterokromatin fő alkotói. A szatellita DNS nem egységes csoport többféle típusa ismeretes lásd Genetika jegyzet. A szatellita DNS szekvenciák nem íródnak át, és feltételezik hogy ezen DNS szekvenciáknak a mag szerveződésében, a kromoszómák szerkezetének a kialakításában, vagy esetleg a kromoszómák párosodási folyamatában van.
- A transzpozonok olyan genetikai elemek, amelyek képesek változtatni a helyüket a genomban. A kromoszómákon belüli mozgásuk során vagy mint DNS szekvenciák, vagy egy RNS intermedier útján mozognak és sokszorozódnak a genomban. Akár a beépülésük egy adott DNS szekvenciába, akár a kilépésük egy adott DNS szakaszból mutációhoz vezet (lásd Genetika jegyzet).
  - A transzpozonok közül az emlősökben és az emberben is két elem fordul elő igen nagy számban. Az egyik az L1 elem, amely a genom 4–5%-át is alkothatja. Áthelyeződése mutáció révén betegséget is okozhat. A vérzékenység egyik formájánál (hemofília A) a betegek 1/3-ában az a mutáció okozza a betegséget, hogy az L1 szekvencia a VIII. véralvadási faktort kódoló gén egyik exonjába épül be.
  - A másik ilyen transzpozon az ALU szekvencia, amely szintén nagy számban fordul elő: a genom 3–5%-át alkothatja. Ennek a szekvenciának az eredetét ismerjük. A normális, eredeti gén az SRP (szignál felismerő partikulum, lásd következő fejezetben) RNS komponensét kódolja. Ennek egy mintegy 300 bázispárnyi töredékéből származik az ALU szekvencia. Ahova beépül mutációt okoz. Ez a transzpozon is RNS intermedier és reverz transzkriptáz enzim (RNS-ről DNS-re ír át) segítségével képes másolódni és szétterjedni.

Mind a két transzpozon evolúciója azt mutatja, hogy a számuk nő, és egyre több ilyen szekvencia terjed szét a humán genomban. Ez pedig lehetőséget nyújt számukra, hogy a gének mutációja vagy aktivitásának megváltoztatása révén hatást gyakoroljanak a genom szerveződésére és működésére.

Tartalomjegyzék

Kiadó: Semmelweis Kiadó

Online megjelenés éve: 2026

ISBN: 978 963 331 704 4

Orvostudomány Semmelweis Kiadó könyvei

Reméljük, hogy a hallgatóknak nemcsak egy olyan jegyzetet készítettünk, amelyet meg kell tanulniuk, de sikerült belevinnünk azt az érzést is, amely a jegyzet megírásakor és átírásakor eltöltött minket. Ez az érzés a csodálat. Milyen csodálatos kis egység a sejt, milyen tökéletesen és logikusan szervezett! Mi sem, és így a hallgató sem menekülhet meg a molekuláris szemlélettől, amely manapság a biológia és az orvostudomány minden területén uralkodóvá vált. Igyekeztünk csak annyi molekulát és molekuláris mechanizmust megemlíteni, amelyet feltétlenül szükségesnek tartottunk a sejtben zajló folyamatok megismeréséhez és megértéséhez. Kívánjuk, hogy a leírtak segítsék a hallgatókat más tárgyak anyagának megértésében és elsajátításában is. A jegyzet immáron negyedik, javított kiadását tartják a kezükben és persze ez is több, mint az előző. Mentségünkre legyen mondva a többlet nemcsak több szöveget, de több képanyagot és ábrát is jelent. Reméljük ez segít jobban megérteni a sejtekben zajló, néha bizony komplikált eseményeket. (a szerzők)

Hivatkozás: https://mersz.hu/darvas-laszlo-sejtbiologia//

BibTeX EndNote Mendeley Zotero