Na preskúmanie funkcie génov sa používajú transkriptómy

Funkcie génov

Funkcie génov  pomáha vedcom skúmať transkriptóm. Je to súbor všetkých údajov o génoch prítomných v bunke. Ľudský genóm je tvorený DNA (deoxyribonukleovou kyselinou), dlhou zvynutou molekulou, ktorá obsahuje pokyny potrebné na stavbu a fungovanie buniek. Tieto pokyny sú vo forme „párov báz“ štyroch rôznych chemikálií usporiadaných do 20 000 až 25 000 génov. Aby bolo možné vykonať pokyny, musí sa DNA „prečítať“ a prepísať – inými slovami, skopírovať – ​​do RNA (kyseliny ribonukleovej).

Údaje o génoch sa nazývajú prepisy a transkriptóm je súbor všetkých údajov o génoch prítomných v bunke. Existujú rôzne druhy RNA. Hlavný typ, ktorý sa nazýva messenger RNA (mRNA), hrá zásadnú úlohu pri tvorbe proteínov. V tomto procese je mRNA transkribovaná z génov. Potom sa transkripty mRNA dodajú do ribozómov, molekulárnych strojov umiestnených v cytoplazme bunky. Následne ribozómy prečítajú alebo „preložia“ postupnosť chemických písmen v mRNA a zostavia stavebné bloky, nazývané aminokyseliny, do proteínov.

DNA môže byť tiež prepisovaná do iných typov RNA, ktoré nekódujú proteíny. Takéto prepisy môžu slúžiť na ovplyvnenie bunkovej štruktúry a na reguláciu génov, poznanie funkcie génov.

Čo nám môže transkriptóm povedať?

Sekvencia RNA zrkadlí sekvenciu DNA, z ktorej bola transkribovaná. V dôsledku toho môžu výskumníci analýzou celej zbierky RNA sekvencií v bunke (transkriptómu) určiť, kedy a kde je každý gén zapnutý alebo vypnutý v bunkách a tkanivách organizmu.

V závislosti od použitej techniky je často možné spočítať počet transkriptov na určenie množstva génovej aktivity – nazývanej tiež génová expresia – v určitom type bunky alebo tkaniva.

U ľudí a iných organizmov takmer každá bunka obsahuje rovnaké gény, ale rôzne bunky vykazujú rôzne vzorce génovej expresie. Majú rôzne funkcie génov. Tieto rozdiely sú zodpovedné za veľa rôznych vlastností a správanie rôznych buniek a tkanív, a to tak v oblasti zdravia, ako aj chorôb.

Zhromažďovaním a porovnávaním transkriptomóv rôznych typov buniek môžu vedci získať hlbšie pochopenie toho, čo predstavuje konkrétny typ bunky, ako tento typ bunky normálne funguje a ako môžu zmeny v normálnej úrovni aktivity génov odrážať alebo prispievať k ochoreniu. Okrem toho môžu transkriptómy umožniť výskumníkom vytvoriť komplexný obraz o tom, aké gény sú v ktorých bunkách aktívne, v celom genóme.

Ako sa transkriptómy používajú na preskúmanie funkcie génov?

Funkcia väčšiny génov zatiaľ nie je známa. Vyhľadávanie v databáze transkriptómov môže výskumníkom poskytnúť zoznam všetkých tkanív, v ktorých je gén exprimovaný, a poskytnúť informácie o jeho možnej funkcii.

Napríklad, ak databáza transkriptomóv preukáže, že hladiny expresie neznámeho génu sú dramaticky vyššie v rakovinových bunkách ako v zdravých bunkách, môže neznámy gén hrať úlohu v raste buniek. Alebo ak je neznámy gén exprimovaný v tukovom tkanive, ale nie v kostnom alebo svalovom tkanive, neznámy gén môže byť zapojený do ukladania alebo metabolizmu tukov. V obidvoch prípadoch poskytujú údaje z transkriptómu výskumníkom východzí bod pre skúmanie funkcie génov, a najmä novo nájdeného génu.

Človek, myši a spoločné skúmanie funkcie génov

Existujú transkriptómové zdroje pre výskumných pracovníkov z celého sveta. Sú nimi napr. Zbierka génov cicavcov a Projekt transkriptómu myší. Zbierka génov cicavcov vytvorila bezplatnú verejnú knižnicu sekvencií mRNA človeka, myši a potkana. Myš a potkan sú dôležitými modelmi, pomocou ktorých sa dá študovať biológia človeka. Druhý projekt zhromaždil špecifické údaje o génovej expresii rôznych tkanív myší.

Ďalšie transkriptómové zdroje sú Genotype-Tissue Expression Project (GTEx) a Encyclopedia of DNA Elements (ENCODE). GTEx vytvára katalóg expresie ľudských génov v rôznych tkanivách. Cieľom výskumných pracovníkov v rámci ENCODE je charakterizovať a pochopiť pracovné časti genómu vrátane transkriptómu. Novartis aj Európske laboratórium molekulárnej biológie majú zavedené databázy génovej expresie.

Rozsiahle projekty sekvenovania transkriptov v USA a Brazílii viedli k zavedeniu a prezentácii údajov v Cancer Genome Anatomy Project, kľúčovom odkaze na definíciu expresie ľudského génu v normálnych tkanivách a nádoroch. Zistenia z tohto verejného kolaboratívneho projektu podporia nové prístupy k objavovaniu liekov na rakovinu. Japonské konzorcium FANTOM ohlásilo najrozsiahlejšiu vzorku myšieho transkriptómu.

Funkcie génov
Ukážka z časopisu Nature (zdroj: https://www.nature.com/articles/s41586-020-2536-x)

Zdroj informácií k efektívnejšej liečbe

Vedci dúfajú, že štúdiom transkriptómov určia, kedy a kde sa gény zapínajú a vypínajú v rôznych druhoch buniek a tkanív. Kedy je funckia génov aktivovaná a kedy neaktívna. Počet prepisov je možné kvantifikovať, aby získali predstavu o miere génovej aktivity alebo expresie v bunke. Napríklad, informácie o prepise môžu pomôcť odhaliť, aké gény dávajú kmeňovým bunkám ich jedinečné vlastnosti vývojovej plasticity a kontinuálneho rastu v kultúre alebo ktoré konkrétne zmeny génovej expresie súvisia s rakovinou. Ďalej, s ohľadom na transkriptóm, je možné vytvoriť komplexný obraz o tom aké gény sú aktívne v rôznych štádiách vývoja. Vo svetových databázach je približne 52 miliónov tagov exprimovanej sekvencie (tzv. EST).

Mnoho vedcov dúfa, že aj vďaka databázam transkriptómov, nájde nové spôsoby diagnostiky rakoviny a predpovedania odpovedí na farmakoterapiu (oblasť známa ako farmakogenomika).