Μια από τις μεγαλύτερες εκπλήξεις όταν αναλύθηκε το ανθρώπινο γονιδίωμα για πρώτη φορά πριν από 20 και παραπάνω χρόνια, ήταν το πόσο λίγα γονίδια περιείχε, λιγότερα από το ένα τρίτο του αριθμού που είχαν προβλέψει ορισμένοι επιστήμονες.
Λιγότερα από 30.000 γονίδια και πρωτεΐνες είναι αρκετά για να χτίσουν και να λειτουργήσουν το ανθρώπινο σώμα, όπως αποδείχθηκε τότε. Οι πρόσφατοι υπολογισμοί κινήθηκαν ακόμη χαμηλότερα, σε περίπου 20.000 γονίδια. Όμως, μια νέα συστηματική ανάλυση αυτού που ορισμένοι αποκαλούν «σκοτεινό πρωτεΐνωμα» δείχνει ότι στους επιστήμονες έχουν ξεφύγει χιλιάδες γονίδια. που κρύβονται σε τμήματα του γονιδιώματος και παράγουν πρωτεΐνες μικρότερες από το μέσο όρο.
Πρωτεΐνωμα καλείται το σύνολο των πρωτεϊνών σε έναν ζωντανό οργανισμό, έναν ιστό, ένα σύνολο κυττάρων ή ακόμα και σε ένα μεμονωμένο κύτταρο κάτω υπό ακριβείς συνθήκες και σε συγκεκριμένο χρόνο.
Τα γονίδια αυτά θα μπορούσαν να ανατρέψουν πολλά από όσα γνωρίζουμε για την ανθρώπινη βιολογία και να επιταχύνουν τις ιατρικές ανακαλύψεις. Για παράδειγμα, ένα νεοανακαλυφθέν γονίδιο δημιουργεί μια μικροσκοπική πρωτεΐνη που φαίνεται κλειδί για έναν παιδικό καρκίνο.
«Αν δεν γνωρίζουμε ποιες είναι οι πρωτεΐνες στο «σκοτεινό πρωτεΐνωμα» και ποια είναι η επίδρασή τους, η ικανότητά μας να [θεραπεύουμε] ασθένειες θα είναι περιορισμένη», λέει ο Alan Saghatelian, χημικός βιολόγος στο Salk Institute for Biological Studies που δεν συμμετείχε στη νέα έρευνα, που περιγράφεται σε μια προγενέστερη έκδοση που δημοσιεύτηκε τον περασμένο μήνα στο bioRxiv .
Ένας από τους κορυφαίους αναλυτές της έρευνας, ο John Prensner, άρχισε να εξετάζει το «σκοτεινό πρωτεΐνωμα» επειδή τόσες πολλές αναζητήσεις του για γονίδια που σχετίζονται με τον καρκίνο δεν είχαν κανένα αποτέλεσμα. «Ενδιαφέρθηκα για το τι είχε να προσφέρει το υπόλοιπο γονιδίωμα», εξηγεί ο Prensner, παιδονευροογκολόγος τώρα στην Ιατρική Σχολή του Πανεπιστημίου του Μίσιγκαν.
Αυτός και οι συνάδελφοί του επέκτειναν τον τυπικό ορισμό ενός γονιδίου, που συνήθως υποτίθεται ότι αποτελείται από μια μακρά αλληλουχία DNA που κωδικοποιεί πρωτεΐνη, γνωστή ως ανοιχτό πλαίσιο ανάγνωσης (ORF).
Οι βιολόγοι που μελετούν τα πάντα, από φίδια μέχρι ανθρώπους, ανακάλυψαν πρόσφατα μια πληθώρα από τα λεγόμενα “μη κανονικά ORF“, τα οποία δεν έχουν προκαταρκτικά αποσπάσματα και είναι μικρότερα από το μέσο όρο. Ωστόσο, συχνά μεταγράφονται σε RNA, και μια μέθοδος γνωστή ως ριβοσωμικό προφίλ ή Ribo-Seq, έχει δείξει ότι πολλά από τα μεταγραφέντα RNA προσκολλώνται σε ριβοσώματα, όπου μπορούν να μεταφραστούν σε μικρές αλυσίδες αμινοξέων.
Ακόμη και τότε, πολλοί επιστήμονες απέρριψαν τις μίνι πρωτεΐνες ως ασήμαντες, συμπεραίνοντας ότι ήταν απλώς “φασαρία”. Ήταν πολύ δύσκολο να πείσεις την επιστημονική κοινότητα ότι αυτά τα ORF αξίζει να τα πάρει κανείς σοβαρά, λέει ο Ji-Young Youn, βιοχημικός στο Hospital for Sick Children στο Τορόντο.
Αλλά πριν από περίπου 3 χρόνια, ο Prensner και οι συνεργάτες του απέδειξαν ότι τα καρκινικά κύτταρα περιείχαν περίπου 550 από αυτές τις μικροπρωτεΐνες. Δύο χρόνια νωρίτερα, ο Sebastiaan van Heesch, βιολόγος συστημάτων στο Κέντρο Παιδιατρικής Ογκολογίας Princess Máxima του Ινστιτούτου Oncode, βρήκε παρόμοιους αριθμούς αυτών των μικροσκοπικών πρωτεϊνών στον καρδιακό ιστό.
«Μπορεί να έχουμε μια εντελώς νέα κατηγορία φαρμάκων για τους ασθενείς», λέει ο Prensner. Αυτή η μινιπρωτεΐνη δεν ήταν στην αρχική ανάλυση του ανθρώπινου γονιδιώματος, ωστόσο «έχει κρίσιμο ρόλο στο μυελοβλάστωμα», συμφωνεί ο Saghatelian.
Οι μικροπρωτεΐνες που ανακαλύφθηκαν πρόσφατα «βοηθούν στην παροχή μιας πιο ολοκληρωμένης εικόνας της κωδικοποίησης του [ανθρώπινου] γονιδιώματος», λέει η γενετίστρια του Πανεπιστημίου Στάνφορντ, Ami Bhatt, της οποίας οι μελέτες έχουν ερευνήσει το σκοτεινό πρωτεΐνωμα των μικροβίων.
Ο Prensner συνεργάζεται με μια εταιρεία με έδρα τη Μασαχουσέτη, για την ανάπτυξη θεραπειών για την παχυσαρκία με βάση τις μικροπρωτεΐνες. Ένας άλλος συν-συγγραφέας, ο Thomas Martinez, βιοχημικός πρωτεϊνών στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Irvine, και η ομάδα του προσπαθούν να να βρουν μικροσκοπικές πρωτεΐνες που συνδέονται με τον καρκίνο του παγκρέατος και τις μεταβολικές ασθένειες. «Είμαι πολύ ενθουσιασμένος για τη σύνδεση των μικροπρωτεϊνών με θεραπευτικές προσπάθειες», λέει ο Martinez.
Παρόλο που ο Martinez είναι ευχαριστημένος με το πόσο μεγάλο μέρος του σκοτεινού πρωτεΐνωματος έχει αποκαλυφθεί, ο Youn πιστεύει ότι απομένουν πολλά ακόμα να βρεθούν. Η δουλειά που έχει κάνει η ομάδα όπως λέει, είναι να ρίξουν μόνο λίγο φως σε έναν αόρατο πληθυσμό μινιπρωτεϊνών. Μένουν ακόμη πολλά να γίνουν. Η ομάδα βελτιώνει τις τεχνικές φασματομετρίας μάζας για να ανιχνεύσει όλο και μικρότερα μόρια και ελπίζει να τα χρησιμοποιήσει για να βρει μίνι πρωτεΐνες που παίζουν ρόλο στην ανάπτυξη του εγκεφάλου.
Δείτε τα στοιχεία της έρευνας στο science. org
(photo: freepik)
