În mare măsură, suntem ceea ce scrie în ADN-ul fiecăruia dintre noi. Percepția generală este că genomul conține gene și… cam atât. De fapt, genele care codifică proteine („gene clasice”) reprezintă o mică proporție din genomul uman, procentul acestora fiind sub 2%. Principalele componente ale genomului sunt elementele genetice mobile, adică fragmente de ADN care pot fi mobilizate dintr-o regiune în alta în interiorul aceluiași genom.
Transpozonii au fost descoperiți de către Barbara McKlintock la porumb, realizare pentru care a primit Premiul Nobel în anul 1983, iar aspecte generale ale biologiei transpozonilor sunt excelent descrise în cartea „Mobile Genetic Elements” (editată de David J. Sherratt, 1995) sau pe wikipedia.
Transpozonii (jumping genes) sunt grupați în numeroase familii moleculare, însă pot fi împărțiți în două mari categorii: transpozoni de tipul I și transpozoni de tipul II. Principala deosebire constă în faptul că transpozonii de tipul I nu suferă o mobilizare propriu-zisă, ci sunt copiați, iar copiile sunt integrate în alte situsuri din genom (mobilizare de tip copy-paste); în timp ce transpozonii de tipul II sunt decupați din genom și reintegrați în alte poziții (mobilizare de tip cut and paste).
Cărțile genelor sunt amestecate mereu!
Mobilizarea transpozonilor, denumită tehnic transpoziție, este un fenomen molecular tulburător, iar motivele biologice pentru care transpozonii există în genomul tuturor organismelor cunoscute, de la bacterii până la mamifere, nu este pe deplin înțeleasă. Altfel spus, genomul nu are prea multe poziții fixe, cărțile sunt amestecate mereu, configurația genetică se modifică pe parcursul vieții. Genomul este cu adevărat dinamic, iar transpoziția este un mecanism intrinsec de inducere a mutațiilor care sunt supuse filtrelor selecției naturale.
Foarte interesant este faptul că modelul după care sunt distribuiți transpozonii în diferite celule ale aceluiași organism este variabil. Anumiți transpozoni pot avea o pondere relativă și o distribuție topologică diferită între, să presupunem, celula hepatică și neuron, astfel încât ideea că genomul unui individ ar fi același în fiecare dintre celule sale ar trebui privită cu maximă precauție.
Un aspect remarcabil este faptul că genomul mamiferelor este foarte bogat în transpozoni. Astfel, Sela și colaboratorii (Genome Biology, 2010) semnalează faptul că transpozonii reprezintă 45% din genomul omului, 37% din genomul șoarecelui și 55% din cel al opossumului, cifre absolut impresionante. De menționat faptul că o mare parte dintre acești transpozoni sunt afectați de mutații și nu mai pot fi mobilizați, dar chiar și așa potențialul de metageneză prin transpoziție este considerabil.
Muotri și colaboratorii (Human Molecular Genetics, 2007) evidențiază faptul că transpozonii au un rol important în evoluția genomului, întrucât transpoziția poate induce mutații în celule germinale. Aceste mutații pot fi transmise la generațiile următoare și, dacă sunt folositoare, sunt stabilizate în genomul speciei. Astfel, transpozonii nu trebuie priviți doar ca entități dark, care induc mutații dăunătoare în diferite regiuni ale moleculelor de ADN.
Cutia Pandorei să stea mai mereu închisă
Pentru a putea co-evolua cu genomul gazdă, pentru a asigura acestuia o marjă de flexibilitate genetică, transpozonii „trebuie” să determine și mutații utile în lupta pentru existență. Cheia conviețuirii dintre transpozoni și genomul gazdă constă în faptul că transpoziția trebuie să fie controlată foarte eficient, astfel încât Cutia Pandorei să stea mai mereu închisă.
Având în vedere faptul că genomurile multor specii conțin un număr foarte mare de elemente genetice mobile, este evident că mobilizarea haotică a transpozonilor, urmată de inserția acestora în gene esențiale, ar reprezenta un adevărat dezastru genetic. Din acest motiv, transpoziția este strict reglată la nivel molecular; spre exemplu, la plante au fost descrise mecanisme epigenetice de reglaj al mobilizării.
Transpozonii sunt utilizați frecvent în experimente de modificare genetică a organismelor țintă, întrucât pot funcționa ca vehicule pentru gene clonate aparținând aceleiași specii sau a unor specii diferite, inclusiv în scop medical (Skipper și colaboratorii, Journal of Biomedical Science, 2013). Acești hibrizi moleculari se inserează în situsuri-țintă din genom și astfel integrează gena clonată în respectivul genom. Întrucât codul genetic este universal, gena străină poate funcționa fără probleme în genomul gazdei, ce poate conduce la remedierea unor defecte genetice sau la achiziția de funcții genetice noi.
Uneori, transpoziția este asociată cu boli grave, precum cancerul (Chenais, B., Biochimica et Biophysica Acta-Reviews on Cancer, 2013). Astfel, dacă un transpozon se inserează într-o proto-oncogenă, aceasta devine oncogenă activă, iar celula-gazdă se transformă în celulă tumorală. Chiar și pierderea funcțiilor neuronale în timpul procesului de îmbătrânire pare să fie strâns legată de activitatea transpozonilor, după cum relevă studii recente efectuate pe Drosophila melanogaster (Wanhe și colaboratorii, Nature Neuroscience, 2013).
Același studiu relevă și faptul că memoria de lungă durată a musculițelor este afectată de activitatea transpozonilor. O astfel de descoperire, alături de datele prezentate în excelentul studiu realizat de Perrat și colaboratorii (Science, 2013) tot pe modelul D. melanogaster, poate conduce la ipoteza tentantă conform căreia modul în care memorăm informațiile ar putea fi influențat de activitatea transpozonilor prezenți în… genomul neuronului.
Vă rog să va imaginați: în timp ce informația se acumulează în creier, anumite relocări ale transpozonilor din neuroni ar putea contribui la reținerea sau ștergerea informației procesate. Altfel spus, pentru a putea memora sau uita, e nevoie ca diferite fragmente din ADN-ul nostru să fie mobile!
Dacă lucrurile ar sta într-adevăr așa, oare cum arată tiparul de mobilizare a transpozonilor în neuronii indivizilor cu idei fixe?
