A tizenegyes

A részletesen feltérképezett 11-es emberi kromoszómán található a szaglóreceptor-gének majdnem fele. Ez a kromoszóma tartalmazza a legtöbb olyan gént, melynek mutációja valamilyen betegség, köztük a daganatos betegségek, a cukorbetegség vagy a süketség bizonyos formáinak kialakulásában játszik szerepet. A 11-es kromoszóma génjei részt vesznek a viselkedés kialakításában, és hajlamosító tényezők lehetnek egyes pszichiátriai kórképek megjelenésében is.

Az ember genetikai állományának részletes leírására és feltérképezésére létrehozott nemzetközi együttműködés (International Human Genome Sequencing Consortium) 2003-ban megfejtette az emberi genom szekvenciáját, vagyis a genetikai állományunkban lévő szerves bázisok sorrendjét. A munka következő fázisában a kutatók az egyes kromoszómák bázissorendjét veszik górcső alá. Részletesen elemzik a kromoszóma méretét, vizsgálják a rajta található gének számát, funkcióját, a géneket nem tartalmazó kromoszómaszakaszok elrendeződését, tulajdonságait, továbbá evolúciós szempontból is értékelik a kromoszómát. A közelmúltban jelentek meg a 11-es kromoszómával kapcsolatos eredmények.

Az elemzések során fény derült néhány érdekes összefüggésre. Több olyan, korábban kevéssé ismert molekuláris részletet tártak föl a kutatók, melyekről úgy gondolják, hogy nem csupán a 11-es kromoszómára jellemzőek. Ezért fontosnak tartják, hogy a jövőben egy egységes elemzési rendszerrel a többi emberi kromoszómát is jellemezzék ezen tulajdonságok alapján. Kiderült például, hogy a génműködés-szabályozásban fontos úgynevezett CpG-szigetek jelenléte összefügg a génről képződő hírvivő RNS-variánsok számával. Továbbá több olyan gént is találtak, melyek egymással kapcsoltan íródnak át hírvivő RNS-sé. Jelenlegi tudásunk szerint ez nem jellemző az emberi génműködésre.

A 11-es kromoszóma számokban: 134 millió bázis, 1524 gén, 765 pszeudogén

A 11-es kromoszóma méretét tekintve átlagosnak mondható. Körülbelül 134,5 millió bázispár építi föl, melyből a jelenleg rendelkezésre álló legmodernebb eszközökkel 131 130 853 bázist, azaz a teljes kromoszóma 99,8 százalékát sikerült leírni. A maradék 0,2 százalék megfejtése még várat magára. A rendelkezésre álló szekvencia teszi ki az emberi sejt teljes genetikai állományának mintegy 4,4 százalékát. A munka 60 százalékát a RIKEN Genomic Science Centerben végezték, 36 százalékot vállalt magára a harvardi MIT Broad Institute, 3 százalék a Wellcome Trust Sanger Institute-ban, 1 százalék pedig a washingtoni University School of Medicine Genome Senquencing Centrumában állt össze.

A kromoszómán 1524 gén található. Ezzel a 11-es kromoszóma kivívta magának a negyedik helyet - az 1-es, a 2-es és a 19-es kromoszómát követve - a legtöbb génnel rendelkező kromoszómák között. A 11-esen egymillió bázispáronként körülbelül 11 fehérjekódoló gén található. Ez a génsűrűség meghaladja a teljes genomra vonatkoztatott 7,3-as átlagot.

A 11-es kromoszóma érdekessége, hogy több olyan gént is találtak rajta, melyek egy egységben íródnak át hírvivő RNS-é. Ez a jelenség nem igazán jellemző az emberi genomra. Mai ismereteink szerint a legtöbb esetben a DNS-ről átíródó hírvivő RNS egyetlen fehérjét kódol, és a legritkább esetben fordul csak elő, hogy két fehérjét kódoló RNS egy egységként íródjon át. Ilyet még csak a 17-es és a 22-es kromoszómánál tapasztaltak, azonban a 11-es kromoszómánál tizenkét ilyen esetet írtak már le. További kutatást igényel annak megállapítása, hogy vajon ezek az egy egységben átíródó hírvivő RNS-ek valójában két önálló fehérjét kódolnak, vagy pedig így együtt egy újszerű, a két önálló fehérjétől eltérő funkciójú terméket eredményeznek.

A 11-es nem lóg ki a többi emberi kromoszóma közül abból a szempontból, hogy közel fele ismétlődő szekvenciákból (tandem repeat) áll (47,98%), és a G és C nukleotidok aránya is átlagosnak mondható (41,57%).

Génvariánsok

A 11-es kromoszóma génjeinek több mint feléről (52,8%) legalább kétféle érett hírvivő RNS keletkezik. Ezek között van 738 már korábban ismert gén, három tucat olyan, melyet most azonosítottak be, és egy feltételezett gén. A következőképpen keletkezhet többféle hírvivő RNS egy kromoszómaszakaszról.

A hírvivő RNS-ek a sejtmagban lévő örökítőanyagról (DNS) képződnek. Egy érési folyamat eredményeként kivágódnak belőlük azok a szakaszok (intronok), melyek nem tartalmaznak a fehérjék képződéséhez szükséges információkat, ez a folyamat az úgynevezett splicing. A hírvivő RNS érése során az intronok többféleképpen vágódhatnak ki, aminek következtében alternatív (hírvivő RNS) variánsok keletkeznek (olyan ez, mintha egy mondat szavait különféle sorrendben összefűzve más jelentést kapnánk). A kutatók további elemzésnek vetették alá azokat a géneket, melyekről egynél több hírvivő RNS-variáns is képződik.

CpG-szigetek

Megállapították, hogy ezek a gének sok esetben tartalmaznak ún. CpG-szigeteket (ezek olyan régiók, melyekben az átlagosnál gyakrabban fordul elő a C és G jelű nukleotidpáros). Az ilyen szakaszokról már régóta tudjuk, hogy fontos szerepet játszanak a génműködés szabályozásában. CpG-szigetet tartalmazó kromoszómarégiókban található gének gyakrabban kapcsolnak be és képződik róluk hírvivő RNS, majd pedig fehérje. Ennek oka, hogy a CpG-szigetek ellenállóak az ún. metilációval szemben, azaz nehezen kapcsolódnak hozzájuk metilcsoportok, melyek inaktiválják a géneket. A CpG-szigetek gyakoriak az úgynevezett háztartási gének promóter régiójában, azaz a génműködést közvetlenül szabályozó DNS-szakaszon. Ennek eredményeként a sejt életében alapvető funkciókat ellátó génekről folyamatosan történik a fehérjeképződés. (A háztartási gének állandóan kifejeződő gének, melyek az alapvető anyagcsere-folyamatok enzimjeit, a membrán- és vázfehérjéket kódolják.)

Részlet a 11-es kromoszóma géntérképéből

A 11-es kromoszóma esetében egyértelműen megállapították, hogy jelentősen több esetben van CpG-sziget azoknál a géneknél, ahol két vagy több alternatív hírvivő RNS képződik. Számszerűen ez azt jelenti, hogy a 894 CpG-szigettel rendelkező gén közül 650-ről (70%) kettő vagy több variáns képződik. Ezzel szemben a CpG-szigettel nem rendelkező 626 génből mindössze 154-nek (24,6%) van kettőnél több variánsa.

A gének mellett találtak még a kutatók 765 úgynevezett pszeudogént. Ezek olyan örökítőanyag-szekvenciák, melyek az evolúció során elvesztették az eredeti funkciójukat.

Szaglóreceptorok és az evolúció

A szaglóreceptorokat kódoló gének alkotják a többsejtű állatok legnagyobb géncsaládját. Ezek a gének az ember összes kromoszómáján is megtalálhatók - a 20-as és az Y-kromoszóma kivételével - de a 11-es tartalmazza a legtöbbet. Az ember 856 szaglóreceptor-génjének majd fele (43%), szám szerint 369 a 11-es kromoszómán található. Legtöbbjük egyetlen egy exont tartalmaz, melynek hossza átlagosan ezer bázispár. A 369 szekvencia közül azonban mindössze 166 (45%) felelős valamilyen fehérje képződéséért, a maradék 203 (55%) úgynevezett pszeudogén. Azaz hasonlít ugyan valamely ismert szaglóreceptor-génhez, de ma már nem képződik róla működőképes fehérje (ún. hajóroncs gének).

A szaglóreceptorokat kódoló gének - tíz kivételtől eltekintve - 18 csoportba rendeződnek, azaz klaszterekben helyezkednek el a kromoszómán, legalább 100 000 bázispár távolságra egymástól. A legnagyobb csoport 97 gént tartalmaz egy másfél millió bázispárt felölelő szakaszon, a csoporton belül a gének körülbelül 17 000 bázispárnyira vannak egymástól.

A 11-es kromoszómán található szaglóreceptor-géneket 13 családba lehet besorolni, ahol is a családok tagjait az köti össze, hogy legalább 40 százalékban hasonlítanak egymáshoz. Egy-egy ilyen család legalább egy tagot számlál, de van olyan géncsalád is, melynek 81 tagja van. Működésük szerint a szaglóreceptorokat két osztályba lehet sorolni. Az elsőbe (1) az úgynevezett halszerű szaglóreceptorok tartoznak, melyek vízben oldódó molekulákat képesek megkötni. Az emlősök evolúciója során ezeknek a száma jelentősen megnőtt. Az embernél az 1. osztályba tartozó receptorok három, szorosan egymás mellett lévő csoportba rendeződtek a 11-es kromoszómán. Az 1. osztály szaglóreceptorait tartalmazó csoportok közé beékelődött az úgynevezett béta-globin, és az egyedfejlődésben és sejtnövekedésben is szerepet játszó TRIM-géncsalád néhány tagja, melyek hibás változatai számos betegség kialakulásában is szerepet játszanak.

A szaglóreceptorok másik, legtöbb tagot számláló csoportja a 11-es kromoszóma karjainak találkozásánál, az ún. centromer régióban helyezkedik el. Az egér, a patkány és a kutya genetikai anyagában is megtalálható az ennek megfelelő szaglóreceptor-géncsoport. A leglényegesebb különbség, hogy az ember esetében ezt a géncsoportot kettévágja a centromer, mely a génműködés szempontjából inaktív (ún. heterokromatin) régió. Az eltérések ellenére evolúciós szempontból ezek a gének egy nagy csoportba (klaszterbe) tartoztak a legközelebbi közös ősnél.