Šta nas to čini posebnima?
Šta nas to čini posebnima? Sigurno ste nekada čuli da čovek deli određeni procenat gena sa drugim živim bićima. Da li ste znali da delimo čak pedeset odsto gena sa jednom običnom bananom? Sasvim validno pitanje koje proizilazi iz ove činjenice bi bilo: „Kako je to moguće kada su ljudi toliko drugačiji od banana?” Banane možda i nisu najbolji primer, jer ipak, nama ljudima je privlačnije i gotovo inherentno svrstavanje stvari u „fioke” na osnovu njihove sličnosti, što možemo i da uvidimo po celokupnom postojanju discipline sistematike. Ljudi i šimpanze, koje se smatraju našim najbližim srodnicima, dele približno 96% gena. Od tih približno 4% gena, samo 0,9% je razlika u genima koji nose gradivne informacije za polipeptide, dok ostalih 3,1% u ostatku genoma imaju različite funkcije. Toliko smo slični, a ipak toliko različiti. Smatra se da najveći deo ovih preostalih 3,1% gena koji nas čine jedinstvenim i „naprednijim” od naših najbližih srodnika jesu geni koji učestvuju u regulaciji ekspresije gena.
Šta je to regulacija ekspresije gena?
Regulacija ekspresije gena je pojava kontrolisane aktivacije gena u određenim ćelijama koja se kod eukariota vrši na nekoliko načina. Metilovanjem azotnih baza u DNK ispoljavanje gena se inhibira, dok po sličnom principu funkcioniše i nivo kondenzacije hromatina. Što je hromatin kondenzovaniji, to je teže sa njega „izvući” genetičke informacije i obrnuto. Ova dva procesa određuju koji deo genoma će biti „neaktivan” u ćeliji.
Dolazimo do dve ključne tačke u regulaciji ekspresije gena – regulacije transkripcije i alternativnog iskrajanja introna. Naime, različite ćelije imaju različite aktivatore – uglavnom proteine koji se vezuju za DNK u tačno određenim regionima u blizini gena koji treba da se transkribuje, indukujući sintezu RNK.
Alternativno iskrajanje introna se zasniva na isecanju introna iz RNK, delova RNK koji se ne koriste pri translaciji, i spajanju egzona koji kodiraju za određeni redosled aminokiselina. Upečatljiva stvar kod ovog procesa jeste da se egzoni mogu spajati drugačijim redosledom, dajući kako strukturno, tako i funkcionalno drugačije proteine, što predstavlja vid evolutivne prednosti usled povećane funkcionalnosti jednog gena i uštede genetičkog materijala.
Jedan od finalnih stupnjeva ove pojave jeste modifikacija polipeptida. Proteini se modifikuju dodavanjem i/ili oduzimanjem različitih delova molekula, čime stiču sposobnost da zauzmu nativnu konformaciju u kojoj su aktivni.
Primer alternativnog splajsovanja gena i nastanka tri strukturno i funkcionalno različita produkta.
Izvor slike:https://microbenotes.com/wp-content/uploads/2020/10/Alternative-Splicing.jpeg
Do čega dovode razlike u regulaciji ekspresije gena?
Neke od najvažnijih pojava koje se ispoljavaju usled razlika u regulaciji ekspresije gena jesu pojave heterohronije i njenog podtipa – neotenije. Heterohronija predstavlja pojavu razlike u trajanju, brzini i vremenu okidanja procesa u razviću neke jedinke koji su genski kontrolisani.
Specifičan vid heterohronije u kom adultna jedinka ispoljava retenciju predačkih juvenilnih karakteristika naziva se neotenija. Neotenija u evoluciji ljudi se tumači na više povezanih načina, a opšte objašnjenje bi bilo da su juvenilne karakteristike jedinki vremenom postale inherentne i počele su da se ispoljavaju redovno kod adulata. Neke od osobina koje su primećene kao neotenične kod ljudi u odnosu na šimpanze su: manja vilica, ravna struktura lica i uvećana lobanja.
Ključni momenat u formiranju razlika između šimpanze i čoveka se odigrava već u embrionalnom razviću, kada u igru ulaze upravo oni delovi genoma koje šimpanze nemaju, a koji deluju na određene karakteristike fetusa. Ljudske bebe su u proseku manje razvijene u odnosu na bebe šimpanzi u momentu rođenja, međutim usled pojave heterohronije, ljudski mozak postnatalno naraste proporcionalno više u odnosu na mozak šimpanze.
Sve ovo se odigrava iako imamo skoro trećinu identičnih proteina kao i šimpanze, dok se preostali deo razlikuje za prosečno 2 aminokiseline. Deo genoma nekada nazivanim smeće DNK zapravo ima najvažniju ulogu u našoj jedinstvenosti i sposobnosti poimanja sveta oko nas.
Razlika u razviću mozga i lobanje šimpanze, Hopo erectus-a i Homo sapiens-a.
Izvor slike:https://www.researchgate.net/publication/364706406/figure/fig2/AS:11431281092060750@1666704307330/Brain-and-skull-evolution-in-chimpanzees-Homo-erectus-and-Homo-sapiens.png
Zaključak
Čitava priča o regulaciji ekspresije gena se svodi, jednostavnije rečeno, na kratko ali krucijalno pravilo – ne sintetišu se svi proteini u svakoj ćeliji sve vreme, iako sve ćelije mogu da nose informacije za njihovo sintetisanje. Razlike mogu da proizilaze iz toga gde, kada i kako će se geni ispoljavati. Može se reći da je ovo jedan od razloga zašto nismo žuti i ne rastemo na drveću.
Izvori
- https://www.annualreviews.org/doi/abs/10.1146/annurev.bi.37.070168.002211?journalCode=biochem
- https://www.annualreviews.org/doi/abs/10.1146/annurev-genom-090314-045935
- https://symposium.cshlp.org/content/26/193.short
- https://www.nature.com/articles/nrg2781
- https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-4-431-54011-3_3
