Funkcjonalne retrogeny w genomie człowieka

Joanna Ciomborowska
Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu
Stypendystka projektu pt. „Wsparcie stypendialne dla doktorantów na kierunkach uznanych
za strategiczne z punktu widzenia rozwoju Wielkopolski”, Poddziałanie 8.2.2 Programu
Operacyjnego Kapitał Ludzki
Funkcjonalne retrogeny w genomie człowieka
Poznanie
genomu
człowieka
oraz
genomów
innych
kręgowców
umożliwiło
systematyczną i rozbudowaną analizę zróżnicowania międzygatunkowego na poziomie DNA.
Ogromne ilości danych sekwencyjnych i przeprowadzone badania zmieniły sposób, w jaki
obecnie patrzymy na genom człowieka. Jednym z najbardziej zaskakujących było odkrycie,
że retrosekwencje, do niedawna nazywane “śmieciami genomowymi”, pełnią istotną rolę w
kształtowaniu specyficznych gatunkowo cech. Ludzki genom to w około czterdziestu
procentach retrosekwencje różnego rodzaju. Zaliczamy do nich m.in. retrogeny - kopie
genów powstałe w wyniku odwrotnej transkrypcji mRNA i wbudowania powstałego cDNA w
sekwencję genomową. Opisywany proces nazywany jest retropozycją, a w jej wyniku
wieloegzonowy gen rodzicielski daje początek zazwyczaj jednoegzonowej retrokopii.
Większość tych sekwencji jest od początku nieaktywna, jednak część z nich, do tej pory nie
oszacowano jaka, daje początek nowym genom lub regulatorowym cząsteczkom RNA. Mimo
zwiększonego zainteresowania retrosekwencjami, wiedza na temat mechanizmów ich
ewolucji jest nadal stosunkowo niewielka.
Celem projektu doktorskiego jest wielowymiarowa analiza ewolucyjna retrogenów u
człowieka oraz w wybranych genomach zwierzęcych, a także określenie ich udziału w
kształtowaniu zróżnicowania międzygatunkowego. Zaplanowano kompleksową analizę
genomu człowieka oraz genomów przedstawicieli innych grup zwierząt zakładając dwa
główne podejścia do poszukiwania zestawów do badań: (1) na podstawie porównania
struktury genów dwóch różnych gatunków przy założeniu, że w toku ewolucji gen rodzicielski
został zastąpiony przez swój retrogen oraz (2) poszukiwanie par retrogen-gen rodzicielski w
obrębie danego genomu. Dodatkowo przewidziano także przebadanie zidentyfikowanych
retrogenów i genów rodzicielskich pod kątem ich powiązań z chorobami u człowieka oraz
analizę profili ekspresji wybranych retrosekwencji. Zebrane informacje zostaną umieszczone
w publicznie dostępnej bazie danych.
Praca doktorska współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach
Europejskiego Funduszu Społecznego
Pomimo zaawansowania biologii molekularnej dalecy jesteśmy od zrozumienia
genetycznych podstaw wielu chorób. Jednym z poważniejszych problemów jest to, że wyniki
badań na zwierzętach modelowych stosunkowo rzadko przekładają się na sukcesy w
badaniach
klinicznych.
Jednym
z
najistotniejszych
czynników
wpływających
na
zróżnicowanie międzygatunkowe jest powstawanie nowych, specyficznych dla danego
gatunku genów. Źródłem takich właśnie genów są, uważane przez długi czas za “śmieci
genomowe”, retrogeny. Poznawanie różnic międzygatunkowych staje się więc naturalną
potrzebą w obliczu wielu badań medycznych, szczególnie tych związanych z podłożem
chorób genetycznych. Warto zauważyć, że wyniki naszych analiz są istotnie nie tylko z
punktu widzenia genomiki porównawczej, ale przede wszystkim mogą być wykorzystane
przez inne jednostki naukowo-badawcze w województwie wielkopolskim, a także firmy
farmaceutyczne. Informacja dotycząca międzygatunkowego zróżnicowania genów może
mieć kluczowe znaczenie w projektowaniu eksperymentów biologicznych i medycznych.
Stworzenie w ramach projektu bazy danych retrogenów pozwoli usystematyzować
istniejącą wiedzę i ułatwi dostęp wielu badaczom do informacji. Będzie to pierwsza tego typu
baza danych w Wielkopolsce, jak i w Polsce, wpłynie więc znacząco na promowanie rejonu
w kraju i za granicą oraz będzie stanowiła znakomite narzędzie edukacyjne dla studentów
wyższych uczelni na terenie naszego województwa. Warto też zaznaczyć, że wyniki
uzyskane w trakcie realizacji projektu doktoranckiego będą opublikowane w czasopismach o
ogólnoświatowym zasięgu. Wpłynie to w istotny sposób na promowanie Wielkopolski i
prowadzonych tu badań.
Podsumowując, zaplanowane i zrealizowane już w ramach pracy doktorskiej analizy
pozwolą znacząco wzbogacić istniejącą na ten temat wiedzę, zidentyfikować nowe
funkcjonalne retrogeny, a także znaleźć te, które mogą mieć powiązania ze znanymi
chorobami u ludzi. Wyniki naszych analiz będą istotnie nie tylko z punktu widzenia
bioinformatyki czy genomiki porównawczej, ale i w dziedzinie medycyny, czy genetyki.
Opracowane,
scharakteryzowane
i
opisane
podczas
realizacji
projektu
metody
bioinformatyczne, a także umiejętność posługiwania się szeroką gamą narzędzi mogą stać
się
obiektem
zainteresowania
różnych
przedsiębiorców
na
terenie
województwa
wielkopolskiego. Dodatkowa możliwość praktycznego zastosowania wyników badań
opisywanego projektu doktorskiego przejawia się poprzez organizowanie szkoleń,
konferencji, prowadzenie konsultacji naukowych w różnych ośrodkach badawczych oraz
przedsiębiorstwach. Zaplanowane działania, opracowanie metod, wykorzystanie wielu
narzędzi i poruszenie nowych aspektów analiz sprawiają, że projekt jest znaczący dla
rozwoju województwa wielkopolskiego.
Praca doktorska współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach
Europejskiego Funduszu Społecznego