Mobilní elementy a retropozice v lidském genomu ****************************************************************************************** * Mobilní elementy a retropozice v lidském genomu ****************************************************************************************** Dokončení kompletní sekvence lidské genetické informace potvrdilo dřívější pozorování, že nese, podobně jako genomy většiny dalších organismů, značnou zátěž různých parazitických e Zatímco exony genů kódující proteiny tvoří pouze asi 1.5% zlomek genomové DNA, pravděpodob % genomu našeho druhu tvoří různé druhy repetitivní DNA. Ta odpovídá zejména mobilním elem sekvencím vloženým do genomu většinou mechanismem retropozice, při které se úsek DNA množí prostřednictvím molekuly RNA. Moje přednáška je zaměřena na vliv retropozice a retropozicí sekvencí na variabilitu a evoluci lidského genomu. Během své práce na různých projektech v genetice člověka jsem se opakovaně setkával s rozličnými a často velice fascinujícími aspe Mnohotvárnost důsledků retropozice dokumentuji na příkladu tří genů z lidské chromozomální Mobilní povaha sekvencí vzniklých retropozicí však často převádí naši pozornost i na jiné stejně tak jako snaha o pochopení evoluční historie jednotlivých událostí často vede od st člověka ke genomům dalších modelových organismů. Moje vlastní zkušenosti jsou pak doplněny rodícího obecného pohledu na retropozici. Zdá se, že klíčovou roli v tvarování lidského genomu měly autonomní retropozony označované elementy. Typickým představitelem této skupiny retroelementů je lidská sekvence L1, která nachází v asi 600 tisících kopiích, a která tvoří téměř 20% genomu. Tato sekvence je zvláš proto, že poskytuje enzymatický aparát pro množení neautonomních retropozonů, jako jsou se 1 milion kopií v genomu), a retropseudogenů (asi 25 tisíc kopií). Mezi retroelementy, kter patří ještě elementy se sekvencemi LTR, a mobilitu vykazují i DNA transpozony, které ale n retropozici. Počátek mé profesionální dráhy v roce 1984 je spojen s molekulární diagnostikou hemofilie tehdejšímu stavu znalostí a technickým možnostem jsme prováděli pouze nepřímou diagnostiku genetické vazbě. Gen pro faktor VIII je ale velmi dobrým příkladem negativního působení re lidský genom. U pacientů s hemofilií A byla popsána jak inzerční mutageneze elementy L1 či přerušujícími kódující oblast genu, tak tvorba delecí způsobená homologní rekombinací mezi kopiemi stabilně rezidentních elementů Alu. Nejzávažnější a nejčastější mutací jsou velké několika kopiemi malého genu s neznámou funkcí, které se pravděpodobně zmnožují retropozic jedna sídlí v nejdelším intronu genu pro faktor VIII. Přinejmenším zdánlivě neutrální chování retropozonů demonstruji na mnou izolovaných genech gen GDI1 leží v oblasti Xq28 a jeho paralog GDI2 v oblasti 10p15. Gen GDI2 byl navíc zdroj pro vytvoření retropseudogenu vloženého do chromozomální oblasti 7p11. Přestože je genová GDI1 a GDI2 velmi podobná, gen GDI2 zaujímá asi 8x více genomové DNA. Tato expanze je způs množstvím sekvencí včleněných retropozicí do intronů tohoto genu. Geny GDI1 a GDI2 ryby fu s očekáváním velmi kompaktní a neobsahují repetitivní sekvence. Konečně jediný gen GDI z g který je zřejmě podobný ancestrálnímu genu pro geny GDI1 a GDI2 všech obratlovců, má střed a jediný výrazně delší intron opět nese blíže necharakterizovanou inzerci. Funkce všech st genů GDI zjevně nejsou velkým či naopak malým obsahem repetitivních sekvencí a expanzí neb transkribovaného úseku nijak dotčeny. Na jednom intronu genu GDI2 s velmi vysokým obsahem lze navíc demonstrovat některé jevy jako jsou přednostní integrace v protisměrné orientaci jednotlivých elementů, které minimalizují možné negativní vlivy retropozice. Velice zajímavý výsledek jsem pozoroval u interakce retropozičního aparátu s genem XAP5, k s genem GDI1 v oblasti Xq28. Ačkoliv retropozice mRNA běžného genu kódujícího protein vede vytvoření nefunkčního retropseudogenu, v případě genu XAP5 došlo ke vzniku retrogenu, kter otevřený čtecí rámec. Tento gen nazvaný X5L leží na chromozómu 6. Stejný gen jsem nalezl i myši. Gen X5L je u obou druhů exprimován v řadě tkání, zejména ale ve varlatech. Podrobné genu X5L ve varlatech ukázalo, že nejsilnější exprese je v buňkách právě procházejících me může souviset s kompenzací za příbuzný X-vázaný gen XAP5 meioticky inaktivovaný při sperma Fylogenetická analýza prokázala, že geny ortologní mezi druhy (např. X5L člověka a myši) s paralogní geny v rámci jednotlivých druhů (např. lidské XAP5 a X5L), a vznik genu X5L tedy oddělení linií vedoucích k primátům a hlodavcům před 80 až 100 miliony let. Archaický půvo potvrzuje i jeho konzervovaná syntenie. Evoluční konzervace sekvence genu X5L pak svědčí p jeho funkce, i když tato zůstává dodnes neznámá. Gen X5L tak ukazuje, jak může retropozice enzymatického aparátu parazitického elementu L1 vést ke vzniku úplně nového savčího genu. Tyto příklady mohou demonstrovat zjevný negativní, neutrální a pozitivní vliv retropozice Retropozice je spojena především s elementem L1, který je značně autonomní vůči zbytku lid interakce tohoto elementu s genomem tedy můžeme také popsat ekologickými termíny jako jsou komensalismus či mutualismus (symbióza). Uvedené příklady spolu s dalšími, které se objevu literatuře (role retropozonů při regulaci exprese genů, přestavbách chromozómů potenciálně speciaci, transdukci exonů, vytváření nových variant sestřihu, přímé domestikaci funkcí re a dalších), ukazují, že retropozice a s ní spojené elementy představují vnitřní mechanismu přispívající k plasticitě genomu a ke schopnosti evoluční změny (evolvabilitě) genomu a je Jejich zařazení jako čistě parazitických elementů tak, alespoň v dnešní fázi evoluce, v ně neodpovídá úplně skutečnosti. Hodnocení fenoménu retropozice závisí také na úhlu pohledu a časovém měřítku, a může se proto výrazně lišit u medicíny a evoluční biologie. Doc. Ing. Zdeněk Sedláček, DrSc.