Összecsapnak a szülői gének

Ha egy genetikai egység képes elkülönülni a többitől, általában ádáz harc alakul ki közöttük a túlélésért. Ilyen figyelhető meg többek közt az önző kromoszómáknál, a szülői DNS-eknél, sőt a saját DNS-t tartalmazó mitokondriumoknál is.

A genetikai konfliktusokról szóló cikk első része az emberi testben dúló genetikai háborút ismertette. Most további küzdelmekről és küzdőterekről lesz szó.

A genomkoalíció

Az emberi DNS génjeinek érdekei megegyeznek: átkerülni a következő generáció egyedeinek testébe. Ezért egy egyeden belül rendszerint inkább összefognak, és szövetséget alkotva működtetik a szervezetet. Némelyikük néha megpróbálja növelni a kópiaszámát, de a természetes szelekció ilyenkor gyakran visszaszól, és betegséggel vagy halállal büntetheti meg a hordozó testet.

A legújabb eredmények szerint azonban sokan megússzák ezt. Kiderült, hogy rengeteg gén a szokásos két kópia helyett több példányban is előfordul, s hogy melyik kiben, az egyénenként változik (ezt a jelenséget nevezik kópiaszám-variációnak).

Tumorsejtek

A fejlett élőlények sejtekből állnak. A sejtek is összefognak a közjóért. Ez az összefogás azért olyan egyszerű, mert a sejtek ugyanazt a genetikai információt tartalmazzák.

A rákos sejtek felrúgják ezt a szabályt. Látszólag öngyilkos viselkedést folytatnak, hiszen a szervezet halálával ők is elpusztulnak. Akkor mi értelme van a ráknak? Populációs szinten talán az optimális élettartam meghatározása. A ráksejt szempontjából azonban értelmetlen a szervezet elpusztítása. A genetikai algoritmusok vakok. Nem vezérli őket semmilyen cél, ha bejön a stratégia, nyert ügyük van, ha nem, elbuknak.

Nyerhetnek vajon a ráksejtek egyáltalán? Igen. Vannak olyan tumorsejtek, amelyek parazitává alakulva más egyedeket képesek megfertőzni. Egy ilyen tumor veszélyezteti például a tasmániai ördög mint faj életben maradását. A kutyáknál is van fertőző ráktípus. Az ilyen ráksejtek széles körű invázióját valószínűleg az immunrendszer akadályozza meg.

Önző kromoszómák

A fajok normális kromoszómáit "A" kromoszómagarnitúrának nevezik. Azért e külön név, mert bizonyos fajok - gombák, növények és állatok - egyes egyedei "B" kromoszómákat is tartalmaznak. Ezek a kromoszómák semmilyen hasznos funkciót nem kódolnak, egyszerűen csak használják a sejt DNS kettőződési mechanizmusát. A "B" kromoszómák eredete nem ismert. A feltételezések szerint egyes "A" kromoszómák nem kódoló részéből (heterokromatikus régiójából) alakultak ki egymástól függetlenül a különböző fajoknál.

Ezek az önző kromoszómák különféle trükkökkel érik el, hogy megmaradjanak, sőt, hogy növekedjen a kópiaszámuk egy sejtben. E trükkök részletei nem ismertek, de egyes fajoknál olyan kifinomult mechanizmusok alakultak ki, amelyek lehetővé teszik, hogy a parazita kromoszóma csak az élőlény csíravonalsejtjeiben (a szaporodást biztosító sejtekben) maradjon meg, míg a testi sejtjeiből eltűnik. Mi magyarázza ezt az elfogultságot az ivarsejtek irányába? A testi sejteknek - és a testnek magának - az egyetlen feladata a csíravonalsejtek szolgálata. A "B" kromoszómák azonban nem szolgálnak, őket csupán egyetlen dolog érdekli: továbbadni önző stratégiájuk programját a következő generációba.

Spermium

Szülői DNS-ek konfliktusa

A genomon belül a gének békéjét - a korábbi cikkben tárgyalt parazita szekvenciákon kívül - még valami nagyon zavarja: a gének másik kópiája. Minden génből és egyéb DNS-szekvenciából kettő van, s a két kópia gyakran különbözik egymástól. Úgy tűnik, hogy az apai és az anyai gének viszálya a genomon belül az egyik legsúlyosabb konfliktusforrás. Az már korábban is ismert volt, hogy harc folyik az apai ás anyai gének között az embrió táplálásért, amely abban nyilvánul meg, hogy gátlódnak a magzat táplálását gátló gének apai alléljai, valamint a magzat táplálását elősegítő gének anyai alléljai.

A harc eszköze az epigenetika, amely jelen esetben azt jelenti, hogy az említett apai gének már a here ősivarsejtjeiben imprintáltak (metiláltak, azaz CH3-csoportok kapcsolódnak hozzájuk), a releváns anyai gének pedig már a petefészek ősivarsejtjeiben gátlódnak. A harc értelme pedig az, hogy míg az anya abszolút biztos lehet abban, hogy az utód tőle származik, az apa ebben bizonytalan (az emlősök 95 százaléka nem monogám). Az anyának spórolnia kell anyaggal és energiával a következő utódokra, az apának viszont az az érdeke, hogy saját utódja a lehető legjobb táplálást kapja.

Catherine Dulac, a Harvard Egyetem biológusa és kutatócsoportja ennél jóval mélyebb és kiterjedtebb érdekellentétek molekuláris nyomait fedezte fel egerekben. Az eredmények arra mutatnak, hogy az anya génjei az utódokat a családi összetartásra motiválja, míg az apai gének az önzésre. Az evolúció logikája itt is ugyanaz: az anya a testvérekkel szembeni önzetlenségre ösztönöz, míg az apa az anya környezetében lévő - számára jó eséllyel idegenekkel - szemben xenofób érzelmeket kelt. Az anyai befolyás nagyobb magzati és fiatal korban, az apai hatás inkább később érvényesül. Más szavakkal, az anyai gének szocializálják, az apai gének a felnőttkori harcra készítik fel az utódokat.

Az apai és az anyai genom között tehát - az epigenetikai arzenál bevetésével - verseny folyik a gének kifejeződéséért, s ezáltal a gyerek testének és elméjének a befolyásolásáért. Ez a harc az unokák testében új arculatot vesz: az előzőleg konfliktusban álló apai és anyai DNS-ek koalíciót kötnek az após és az anyós DNS-ével szemben, és e végtelenített genetikai háború tovább folytatódik.

Mitokondriumok művészi rajza

Gyilkos női mitokondriumok

A szülői DNS-ek harca valójában már a megtermékenyítés pillanatában elkezdődik. De ez még csupán az előőrsök viadala. Az apai és az anyai mitokondriumok vetélkednek a genetikai halhatatlanságért. Az embernél a harc az anya javára véglegesen eldőlt, a spermium mitokondriuma be sem kerül a petesejtbe. Több faj esetében a mitokondrium bejut ugyan a petesejtbe, de ott azonnal "elpusztul". Az apai mitokondriumok csupán néhány faj esetében tudtak győzedelmeskedni, és egy egyelőre nem ismert technikával megszabadulnak az anyai mitokondriumoktól.

Feltételezik, hogy bizonyos fajoknál a mitokondriumok még tovább mentek, és a női vonal mitokondriumai megölik a hím embriókat. A hímek mitokondriumai ugyanis zsákutcát jelentenek. Ha elpusztul a hím embrió, hamarabb következhet egy újabb vemhesség, jöhet létre egy női embrió. Hasonló okból egyes növények női mitokondriumai a hímnemű virág sterilitását okozzák. De miért csak a mitokondriumok harcolnak, miért nem a riboszómák és a Golgi készülékek? Azért, mert a mitokondriumok DNS-t tartalmaznak. Ezek a sejtszervecskék ugyanis korábban baktériumok voltak, melyek megszelídültek, s szimbiózisra léptek a sejttel. Úgy tűnik, hogy a szelídség álcája mögött gyilkos indulat forrong.

Spermiumok és embriók harca

Van egy rövid periódus, amikor a genom identitása zavart szenved. Ez a meiózis, az ivarsejtek képződése. E folyamat jellemzője a genetikai rekombináció, melynek során az apai és anyai eredetű kromoszómák szegmenseket cserélnek ki egymás között, s így eredetüket tekintve mozaikosak lesznek. Az evolúció és a szexualitás lényege zajlik e folyamatban. Szemben az aszexuális fajokkal, amelyek egyedül gyűjtik a genetikai újdonságot okozó mutációkat, az ivarosan szaporodó fajoknál az egész populáció részt vesz ebben. Ha egy egyedben kialakul egy kedvező mutáció, egy másik egyedben pedig egy másik, akkor a szexualitás egyesíteni tudja ezeket egyetlen testben. Másrészt, a genetikai anyag keverése is genetikai változékonyságot hoz létre, még ha csak ideiglenesen is, és ez előnyös lehet a következő generáció sikeréhez. A lényeg, hogy az ivarsejtek mindannyian különböznek egymástól.

Petesejt és spermiumok

A genetikai különbözőség automatikusan konfliktushoz vezet. Vannak gének, amelyek az ivarsejtek képződését befolyásolják, más szóval eltorzítják a meiózist. Az egér úgynevezett t haplotípusa (a haplotípus általánosságban egy bizonyos bázissorrenddel rendelkező DNS-szakaszt jelent; itt az egér 17-es kromoszómáján lévő több gént tartalmazó DNS-szakaszról van szó) kiváló példa erre. A 17-es kromoszóma egy nagy szegmensében olyan genetikai változások (elsősorban DNS-darabok megfordulásai, úgynevezett inverzió) mentek végbe, amelyek megakadályozzák a genetikai rekombinációt a vad típusú kromoszómával. Magyarul, a t haplotípus hosszú időn keresztül képes megőrizni az identitását, ami jó alap a versenyre. Két t haplotípus a hímekben sterilitást okoz. Hogyan marad fenn akkor ez a genetikai egység? Úgy, hogy a heterozigótákban (t haplotípusú és vadtípusú kromoszómát egyaránt tartalmazó egyedek) az ezt a genetikai variánst hordozó ivarsejtek sejtmérgeket termelnek, és elpusztítják a vad típusú spermiumokat. Ha egy vad típusú ivarsejt mégis megússza a támadást, s megtermékenyít egy petesejtet, akkor a t haplotípust tartalmazó heterozigóta embrió megpróbálja - gyakran sikerrel - elpusztítani a fejlődő vad típusú embriót. Ez valójában az apai nagyszülők génjeinek harca.

Összefoglalásként elmondhatjuk, ha valamilyen genetikai egység képes elkülönülni más genetikai egységektől, akkor heves harc alakul ki köztük a túlélésért. Nyilvánvaló az egyedek génkoalíciói közötti küzdelem. A harc azonban folyhat a testen belül is, például a spermiumok és az embriók között (t haplotípus), a mikrobák és a humán sejtek között, a genetika anyaggal rendelkező sejtszervecskék (mitokondrium) között, a genetikai paraziták és az emberi DNS között, valamint az apai és anyai, illetve a nagyszülői gének között. A harc lehet közvetlen, de folyhat a test és az elme feletti ellenőrzésért is.

Boldogkői Zsolt
Intézetvezető egyetemi tanár
Szegedi Tudományegyetem, Általános Orvostudományi Kar, Orvosi Biológiai Intézet