Génjeinken keresztül is parancsolnak az apák

Még soha nem számoltak be olyan génről, amely a társas viselkedésre hat, de csak akkor, ha az apától örökölt változata működik bennünk. Az anyai példánynak más hatása van és nem az agyban szólal meg. Egy elegáns evolúciós megoldás arra, hogy ugyanazon gén teljesen eltérő feladatokra szakosodjon.

Az ember valamennyi testi sejtjében a 23 pár kromoszómából álló teljes genetikai állomány (genom) megtalálható. Az ivarsejtekben ennek csak a fele, összesen tehát 23 kromoszóma van, melyek az ivarsejtek egyesülésekor párokba állnak. A gének minden sejtmagban így rögtön két változatban is jelen vannak: az egyik apai eredetű, míg a másik az anyától örökölt. A legtöbb gén a kromoszómapár mindkét tagjáról kifejeződik, így a sejtben az apai és anyai génváltozat (allél) egyaránt kifejezésre kerül. Legalábbis általában, ugyanis az emberben egy mintegy 80-100 gént tartalmazó csoport csak az egyik szülő készletéből aktív, még akkor is, ha az anyai és apai változat tökéletesen azonos. Ez a jelenség a genetikai bevésődés (genomic imprinting), mely szerint néhány gén csak az egyik szülő allélját mutatja mindig, függetlenül attól, hogy a másik szülőtől milyen génváltozat kerül az utódba.

Alastair S. Garfield és munkatársainak a Nature folyóiratban közölt tanulmánya szerint a Bath-i Egyetem egyetem kutatói egereken végzett kísérleteikkel kimutatták, hogy van egy olyan gén, amelynek apai és anyai változata különböző területeken fejti ki a hatását. A grb10 gén apai változata az utódokban főként az agy egyes területein aktív, és a viselkedésbeli dominanciát befolyásolja; míg az anyai allél a test más területein hat, és a növekedésben játszik szerepet. Ez az első olyan megismert gén, amelynek hatása szülői kontroll alatt áll az utódokban is, és a viselkedés alakításában játszik szerepet.

A genetikai bevésődés folyamatát emlősökben először az 1980-as években vizsgálták. Szintén brit kutatók ekkor olyan egereket hoztak létre, melyeknek anyai és apai kromoszómák helyett két anyai vagy két apai jutott. Az ilyen egerek azonban nem voltak életképesek, legtöbben még embrióként elpusztultak, annak ellenére, hogy genomjuk teljesen épnek látszott. A tudósok felfigyeltek azonban arra, hogy bizonyos, a növekedéshez szükséges géntermékek hiányoznak az embriókból, pedig maga a gén egyértelműen jelen volt. Tehát hiába volt meg a működőképes dupla apai (vagy anyai) gén, az mégsem volt aktív, így a fejlődés nem haladt megfelelően. További vizsgálatok kimutatták, hogy az egészséges embrióhoz egy csoportnyi génből mindkét szülő változatára szükség van, azonban nem maga a génváltozat fontos, hanem annak csomagolása.

A kromoszómákat alkotó rendkívül hosszú DNS-spirál egyes részei ugyanis eltérő módon raktározódnak a sejtmagban. A nem használt gének összecsomagolt állapotban vannak, inaktívak, és az aktiváló rendszerek számára hozzáférhetetlenek. Az aktív gének DNS-e azonban szabadon, lazán csomagolt, így az ott tárolt információ könnyen olvasható és aktiválható. Az aktív és inaktív DNS-részek jelenléte ad lehetőséget arra is, hogy bár minden testi sejtünkben azonos a genetikai állomány, mégis egy májsejt egy idegsejttől nagyon különbözik. Ez azért lehetséges, mert az idegsejt jellegzetességeit megadó gének a májsejtben összecsomagoltak, míg máj működéséhez szükségesek szabadok. Míg azonban az összecsomagolás mértéke sejtenként az anyai és apai kromoszómákon általában azonos, a genetikai bevésődés folyamán néhány helyen különbségek adódnak az apai és anyai allél hozzáférhetősége között. Így lehet, hogy egyes, főként az embrionális fejlődésben fontos génnek csak az anyai vagy apai változata fejeződik ki.

Forrás: University of Toledo

Máshol fejti ki hatását az apai és az anyai génváltozat

Garfieldék vizsgálatai szerint azonban nemcsak az egyes sejtféleségek kialakulására és a fejlődés koordinálására, hanem akár a viselkedés formálására is hatással lehet a genetikai bevésődés. A szakemberek kísérletükben a grb10 nevű génnek először az apai, majd az anyai eredetű változatát jelölték meg, és azt vizsgálták, hogy a jelölt gének az egérembrió mely tájékán fejeződnek ki. Azt várták, hogy a gének többségéhez hasonlóan mindkét szülő génváltozata ugyanazt a mintázatot fogja mutatni, esetleg, ha a genetikai bevésődés érinti a grb10-et, akkor csak az egyik szülő allélja lesz megtalálható. Azonban nem várt eredményeket kaptak: a grb10 fehérje apai allélje mindig az agy és a gerincvelő egyes területein, az anyai allélek pedig folyton a test más részein jelentek meg. Tehát a genetikai bevésődés mindkét szülő génváltozatát érintette, két teljesen külön kifejeződési mintázatot adva az egerekben.

Ezután olyan egereket vizsgáltak, melyekből az apai vagy az anyai grb10 hiányzott. Az anyai fehérje nélkül az egerek rendellenesen fejlődtek: születéskor súlyuk átlagosan 25 százalékkal több volt normális társaiknál, májuk pedig aránytalanul nagyra nőtt. Az apai grb10 hiánya nem okozott hasonló tüneteket, de az agyból eltűnt az egészséges egerekben jelenlévő apai géntermék. A kutatók testi jellemzők híján ezért viselkedésbeli különbségeket kerestek. Az apai változatot nélkülöző egerek szinte minden tesztben normális társaikhoz hasonlóan teljesítettek, kivéve a szociális dominanciát vizsgáló kísérleteket. Ezek az egerek ugyanis sokkal dominánsabbá váltak: többet foglalkoztak társaik bundájának karbantartásával, és ismeretlen egérrel való találkozáskor sokkal agresszívebben léptek fel, mint a kontrollcsoport tagjai.

Forrás: Wikipedia

A grb10 gén által kódolt fehérje szerkezete

Garfield szerint a grb10 tehát egyetlen génként a genetikai bevésődés hatására két teljesen különböző feladatot lát el. Az anyai allél az embriók belső szerveinek rendes fejlődéséhez szükséges, míg az apai allél egészen mást, a szociális dominanciát befolyásolja. A kutatók szerint ez az újfajta szabályozás egy fontos evolúciós lehetőséget teremt arra, hogy egyetlen gén, különböző szabályozásokkal, teljesen eltérő feladatokra szakosodjon. Ráadásul ez az első olyan gén, amely a genetikai bevésődés szabályozása alatt áll, és a viselkedést befolyásolja, a dominancia teszt kimenetele ugyanis kizárólag az apai alléltól függött a kísérletekben.

Az újfajta jelenség szervezetünk működésének jobb megértése mellett számos emberi tünetegyüttes kezeléséhez is segítséget nyújthat. Az apai 15-ös kromoszóma egy darabjának hiánya például a Prader-Willi-szindrómának nevezett genetikai betegséget okozza. Ugyanezen kromoszómadarab hiánya az anyai készletből viszont az Angelmann-szindrómához vezet. Bár mindkét tünetegyüttes enyhébb fejlődési rendellenességeket és általában kismértékű szellemi visszamaradottságot eredményez, eltérő tünetekkel rendelkeznek. A jelenség kialakulása mögött már több kutatás valószínűsítette a genetikai bevésődés jelentőségét, a Garfield és munkatársai által szolgáltatott adatok azonban újabb lökést adhatnak a hasonló tüneket célzó terápiáknak.