Genet er dødt - transskriptionen længe leve!

Selvom kun ca. 1,5 procent af vores dna koder for proteiner, er de resterende 98,5 procent ikke bare 'junk', sådan som det har været påstået i årtier. Det resterende dna er dybt involveret i reguleringen af kroppens funktioner, bare på en mere indirekte måde.

Sådan lyder det fra et internationalt forskerhold bag megaprojektet Encode - the Encyclopedia Of DNA Elements - der i et orkestreret spektakel i sidste uge offentliggjorde over 30 artikler i mange af de store fagtidsskrifter, lige fra Nature og Science til Genome Research og Cell.

Encode har været i gang siden 2003 og kan ses som en fortsættelse af det humane genomprojekt (Hugo), der samme år under store fanfarer kunne annoncere, at det menneskelige genom består af kun ca. 23.000 gener. Mens Hugo kortlagde vores dna, har det være Encodes ikke mindre beskedne formål at kortlægge dna'ets funktioner, heriblandt at identificere alle de steder, hvor det transskriberes til RNA, identificere de tilknyttede proteiner samt tilhørende kromatinstruktur og histone-modifikationer, der udgøres af de proteiner, som dna'et pakker sig rundt om.

Resultatet må siges at være komplekst. Selvom projektets 442 forskere kun har analyseret 147 af menneskets flere tusinde celletyper, har de frembragt enorme datasæt for, hvilke dna-regioner, der transskriberes til RNA, hvilke regioner der kontrollerer hvilke cellespecifikke gener, og hvilke regioner der kan associeres med hvilke typer af proteiner. Blandt de i medierne mest omtalte resultater er netop erkendelsen af, at det ikke er 1,5 procent, men mere end 80 procent af alt menneskeligt dna, der har en 'funktionel betydning' for kroppen. Men hvad ordet 'funktionel' dækker over, skændes alverdens molekylærbiologer om i disse dage.

Måske er der flere

»Det interessante ved det oprindelige Hugo-projekt var, at det viste, at vi mennesker ikke har mange flere gener end en rundorm,« siger Torben Heick Jensen, der er professor på Institut for Molekylærbiologi og Genetik ved Aarhus Universitet.

»Siden har man tænkt over, hvorfor det er sådan, og et af buddene fra Encode-projektet er, at der faktisk er flere end de 23.000 gener, som man fandt, men at det er en anden slags gener - gener som ikke nødvendigvis koder for proteiner via messenger-RNA, men har andre, ikke-kodende funktioner,« siger han.

Det 'centrale dogme' inden for molekylærbiologien siger, at dna bliver transskriberet til RNA, som bliver oversat til aminosyrer, der til sidst sætter sig sammen til proteiner, der fungerer som de centrale arbejdsheste i alle celler. Men i løbet af Encode-projektets seneste 5-10 år har det vist sig, at det meste af dna'et bliver transskriberet til mange flere RNA-molekyler end de velkendte mRNA (messenger RNA), tRNA (transfer-RNA) og rRNA (ribosomalt RNA). Der findes også microRNA, lincRNA, PROMPTs og antisense-RNA og sikkert også mange flere. De spiller alle en biologisk rolle, men man ved endnu ikke præcis hvilken, hvor og hvordan.

Også resten af dna'et - altså det, som ikke bliver transskriberet til RNA, er funktionelt i en eller anden forstand. Det er det f.eks. ved at angive holdepladser for proteiner, som kan tænde og slukke for andre gener, eller ved at kontrollere, om noget dna transskriberes eller ej (de såkaldte promoters, som der findes cirka 40.000 af), eller ved at kontrollere aktiviteten på de forskellige steder i kromosomerne (kaldet enhancers, hvoraf der findes cirka 700.000).

Spørgsmålet er dog, om 'biokemisk aktivitet' er det samme, som at der er en funktion, siger Torben Heick Jensen.

»Bare fordi man har vist, at et ikke-kodende RNA bliver produceret, har man selvfølgelig ikke automatisk vist, at det er funktionelt. Encode-projektet estimerer, at ca. 10.000 ikke-protein-kodende RNA'er bliver produceret, men det er langt fra sikkert, at de alle har en funktion. Det er her, diskussionen står lige nu.«

Pointen er nemlig, at hvis der er en funktion, så er dna'et meget mere komplekst, end tidligere antaget, og det vil blive svært at forstå, hvorfor f.eks. et almindeligt løg har cirka fem gange så meget ikke-kodende dna som mennesket. Omvendt, hvis der bare er aktivitet, men ingen anden funktion end at produktet straks bliver nedbrudt igen, så er det måske et tegn på, at transskriptionsprocessen er meget upræcis og indeholder en masse støj uden den store biologiske betydning.

Junk-dna holder ikke

»Min holdning til udsagnet om, at 80 procent af det menneskelige dna er funktionelt, er, at det må vi undersøge,« siger Torben Heick Jensen.

»Den oprindelige term 'junk-dna' holder i hvert fald ikke. Der er meget mere end proteinkodende gener. Spørgsmålet er bare hvor meget. Men at sige, at alle 80 procent har en funktion, er at gå for vidt lige nu. For at påvise funktion, skal man f.eks. vise, om mutation eller inaktivering af et givet RNA har en fænotypisk effekt eller ej.«

Som Torben Heick Jensen ser det, er der tre mulige 'funktioner' ved transskriptionen: 1) Den klassiske, hvor transskriptionen koder for proteiner via syntesen af mRNA. 2) Der transskriberes RNA uden at det fører til kodning af proteiner, men RNA'et har funktion, f.eks. i form af microRNA, rRNA, snoRNA, snRNA eller tRNA, der udfører velbeskrevne opgaver i cellen, eller lincRNA, hvoraf vi indtil nu kun kender funktionen af få molekyler. 3) Transskriptionen foregår og laver RNA, men det er ikke produktet i sig selv, der er formålet, men selve transskriptionshændelsen, lidt ligesom når man holder sig fit ved at blive brugt, f.eks. ved at kromatin holdes bedre aktivt ved hele tiden at blive transskriberet.

For eksempel er det i Torben Heick Jensens forskningsgruppe på Aarhus Universitet, man har fundet den nye gruppe af RNA'er, der hedder 'PROMPTs', hvilket står for 'PROMoter uPstream Transcripts'.

»De er forholdsvis korte og stopper typisk efter ca. 500 nukleotider, og vi ved endnu ikke, hvad de laver,« forklarer Torben Heick Jensen, men mener, at de muligvis har en funktion i regulering af genpromotorer.

Transskriptionerne er centrale

Også forestillingen om, at gener er de altafgørende øer af information i den tre milliarder basepar lange dna-ørken er i denne tid under hastig afvikling. Genet er ikke den centrale primus motor, hvorpå evolutionskræfterne varierer og selekterer. Det er måske snarere transskriptionerne, der kører det evolutionære ræs. Og dem er der rigtig mange af. Det kan derfor være, at mængden af transskriptioner i det menneskelige genom i virkeligheden er selektivt neutrale, og altså ikke udtrykker en adaptiv funktion andet end (via deres mangfoldighed) at være parate til eventuelle omverdensændringer og hurtige evolutionære skift.

Ifølge molekylærbiologen Michael Eisen fra UC Berkeley i USA overfortolker forskerne de nye resultater ved at påstå funktionalitet i 80 procent af genomet. Han siger, at det er veletableret viden (stammende fra den japanske molekylærbiolog Motoo Kimura i 1968), at de fleste sekvensmutationer er 'neutrale' i den forstand, at de hverken er bedre eller værre for kroppens funktioner. Dette forklarer mangfoldigheden og redundansen i organismernes dna, siger Eisen og viser at denne genetiske plasticitet kan være særdeles fordelagtig i tilfælde af stress.

Som analogi til den nyopdagede RNA-verden kunne man bruge en by: Set på afstand består en by af høje tårne og huse, forbundet via brede veje. Men går man lidt tættere på, viser det sig, at byen består af meget mere. Der er parker, pladser, hegn, fortove, skraldespande, kloakker og meget mere.

Ser man på byens udvikling over en periode på 10-20 år i hurtig gengivelse, sker der ustandselige forandringer. Nye huse erstatter gamle; veje skifter retning, og alt ser en smule anderledes ud - men vel at mærke uden at byen har mistet sine essentielle funktioner. Sådan er det også med organismers biokemiske regulationer: De ændrer sig hele tiden via neutrale mutationer, men organismen fungerer, som den altid har gjort.

Et sidste væsentligt resultat af Encode handler om sygdomme. I løbet af de seneste ti år har forskere lavet hundredvis af genetiske associationsstudier, kaldt GWAS, hvor de sammenligner genetiske kodestumper kaldet SNP's hos tusinder af mennesker for at finde korrelationer med almindelige sygdomme som f.eks. lungekræft og diabetes (se f.eks. resultatet af sekventeringen af denne skribents dna på ing.dk/k#9y4t).

Encode-teamet har sammenlignet alle disse resultater med deres egne data og fundet ud af, at kun 12 procent af de sygdomskorrelerende SNP's sidder i de proteinkodende regioner. Sammenlignet med tilfældige SNP's har de sygdomskorrelerede 60 procent større sandsynlighed for at ligge i de funktionelle, men ikke-kodende regioner, især blandt promoters og enhancers. Det kan med andre ord betyde, at mange af sygdommene skyldes en dysfunktionel kontrol med andre gener, hvilket vil kunne føre medicinske forskere i helt nye retninger i deres jagt på at forstå årsagen til mange sygdomme.

»Tidligere sagde man, at man ville finde 'genet' for homoseksualitet eller lignende,« siger Torben Heick Jensen.

»Men nu viser det sig, at de genetiske associationsstudier slet ikke peger på gener. I hvert fald ikke direkte. Det kunne i stedet være et lincRNA, som man endnu ikke har karakteriseret, eller en anden funktion af transskriptionen. Her kan de nye data hjælpe, fordi de på biokemisk manér karakteriserer områder, hvor der er noget strukturelt vigtigt, der er gået i stykker.«