V poslední době jsme očití svědci toho, jak je obtížné bojovat s nechutnou plíživou invazí, která postupně obsazuje strategická místa a může vést k fatálnímu zhroucení stávající moci. To, co teď prožívá Ukrajina, znají velmi dobře i buňky našich těl. Každá z nich, bez výjimky, je totiž obsazená záplavou cizích elementů, sekvencí, které v minulosti přišly odkudsi zvenku a náramně se jim zalíbilo v našem genomu. Obvykle nejsou až tak moc na obtíž, kromě toho, že zneužívají buněčný metabolismus a buňky je při množení musejí kopírovat do dalších generací a ztrácejí tím tolik potřebnou energii. Někdy ale přeskočí na kritické místo, kde jejich vmezeření způsobí značné problémy nebo i naprostou zkázu celého organismu. Mají naše buňky alespoň nějakou možnost bránit se?
Pokud jde o významné retrotranspozony LINE-1, až doposud bylo záhadou, jak jim vlastně buňky čelí. LINE-1 jsou nejběžnější variantou takzvaných dlouhých rozptýlených jaderných elementů (Long Interspersed Nuclear Elements), které máme v genomu každé buňky v neuvěřitelném množství. Je tu řeč o statisících kopií, z nichž jsou desítky stále aktivní. Dohromady to dělá cca 17 procent lidské DNA.
Závoj tajemství vnitrobuněčných válek teď poodhalil tým, který vedl John Moran z medicíny Michiganské univerzity s Lékařského institutu Howarda Hughese. Badatelé se soustředili na aktivitu enzymu APOBEC3A, který je z rodiny enzymů APOBEC3, schopných katalyzovat přeměnu cytidinových nukleosidů na uridinové, jednoduše řečeno z písmenka C na U, v jednořetězcových kouscích DNA. Úplně nejlepším bojovníkem proti retrotranspozonům LINE-1 se v laboratorních buněčných kulturách ukázal být právě enzym APOBEC3A. Může způsobit mutaci elementu LINE-1 při jeho skoku na nové místo a tím ho vyřídit. Jednak mu zabrání proniknout tam, kam LINE-1 chtěl a zároveň na toho neřáda upozorní ostatní obranné mechanismy buňky, které skákající gen zneutralizují a jeho zmutovanou kopii zničí. Co by za podobný systém asi dneska dala ukrajinská vláda?
O komentář jsme požádali Alenu Panicucci Zíkovou, vedoucí Laboratoře funkční biologie protist Parazitologického ústavu Biologického centra Akademie věd v Českých Budějovicích.
Až přes 50% lidské DNA můžou představovat tiché retrotranspozóny, které jsou trpělivě kopírovány replikační mašinérií, a tak si zaručují svůj nekonečný molekulární život. Nebezpečí transpozónů spočívá v tom, že pokud se "probudí", mohou si odskočit poměrně daleko v rámci lidského genomu, jelikož jejich mobilní formou je jednovláknová RNA, která je poté přepsána do jednovláknové cDNA. Toto odskočení obvykle neudělá žádnou paseku, i když se děje poměrně často. Např. k transpozici LINE-1 v zárodečné linii dojde u 10 z 250 lidí. Nicméně může se stát, že tato transpozice poškodí některý z tisíců nezbytných genů, a pak nastane problém.
APOBEC3A protein se studuje zejména kvůli významu při obraně proti retrovirům (včetně známého HIV), které se také potřebují vmezeřit někam do lidského genomu, aby se pak mohly replikovat spolu s lidskou DNA. Úkolem tohoto proteinu je označit jednovláknovou DNA, která pochází z RNA a tím ji nabídnout buňce ke zničení. Takové značení se děje pomocí jednoduché chemické reakce, kdy se deaminaci stane z cytidinu uridin, nukleosid, který nemá v DNA co dělat.
Spojením výzkumu retrovirů a retrotranspozónů se ukazuje, že tento významný protein pomáhá lidským buňkám i proti invazi jejich vlastní DNA. Specificita, regulace a exprese tohoto proteinu je ale stale neznámá a jeho úloha v omezování skoků retroelementů není úplně zřejmá. Jelikož v současné době není problém vytvořit buněčné linie, u nichž bude přítomen mutantní APOBEC3A, například se sníženou či zvýšenou expresí, či buněčné linie, které budou mít vysokou pravděpodobnost retrotranspozice, můžeme se jistě brzy těšit na nové studie, které poodhalí další tajemství lidského genomu.
Literatura
University of Michigan Health System News 25. 4. 2014, eLife.02008 (2014), Wikipedia (Retrotransposon).