Το αφανές γονιδίωμα

Πέρα από την αλληλουχία DNA, υπάρχει μια άλλη, πολύ πιο εύπλαστη στιβάδα πληροφοριών στα χρωμοσώματα. Τα επιγενετικά σήματα – τα οποία υπάρχουν ενσωματωμένα σε ένα μίγμα πρωτεϊνών και χημικών ομάδων που περιβάλλουν το DNA, το υποστηρίζουν και προσκολλώνται πάνω του - λειτουργούν μέσω κρυπτογραφικών κωδικών και μυστηριωδών μηχανισμών. Αντίθετα με τα γονίδια, τα επιγενετικά σήματα αποθηκεύονται, διαγράφονται και επανεγγράφονται επανειλημμένα ενόσω είναι ενεργά. Έτσι, ενώ οι μεταλλάξεις διαρκούν μια ζωή, τα επιγενετικά σφάλματα – που εμπλέκονται σε ένα συνεχώς αυξανόμενο αριθμό γεννητικών ανωμαλιών, καρκίνων και άλλων νόσων – μπορεί να είναι αναστρέψιμα με φαρμακοθεραπεία.
Θα χρειαστεί χρόνια, για να συγκροτηθεί μια λεπτομερής θεωρία που να εξηγεί πως συνταιριάζονται το DNA και το RNA σε ένα αλληλοεξαρτώμενο, αυτορρυθμιζόμενο σύστημα. Δεν υπάρχει όμως πλέον καμιά αμφιβολία ότι χρειάζεται μια νέα θεωρία, η οποία θα αντικαταστήσει το κεντρικό δόγμα που υπήρξε το θεμέλιο της μοριακής γενετικής και της βιοτεχνολογίας.
Το κεντρικό δόγμα, με τη συνήθη διατύπωσή του, είναι αρκετά απλό: το DNA φτιάχνει το RNA, το RNA φτιάχνει τις πρωτεΐνες, και οι πρωτεΐνες κάνουν σχεδόν όλη την ουσιαστική δουλειά στη βιολογία. Η κεντρική ιδέα είναι ότι η πληροφορία βρίσκεται αποθηκευμένη στη δίκλωνη έλικα του DNA (την περιστρεφόμενη ανεμόσκαλα), και πιο συγκεκριμένα στις βάσεις A, T, C, G που ζευγαρώνουν μεταξύ τους σχηματίζοντας τα σκαλοπάτια της. Το γονίδιο είναι απλώς και μόνο μια συγκεκριμένη αλληλουχία βάσεων σε ένα τμήμα της έλικας που καθορίζει τη δομή μιας πρωτεΐνης.
Κατά το δόγμα, τα γονίδια εκφράζονται ως πρωτεΐνες, οι οποίες δομούνται σε τέσσερις φάσεις: αρχικά, ένα ένζυμο προσαρτάται στο χρωμόσωμα και μετακινείται κατά μήκος του γονιδίου μεταγράφοντας την αλληλουχία της μίας αλυσίδας του DNA σε μια αλυσίδα RNA. Μετά, όλα τα εσώνια – τα μη κωδικοποιητικά τμήματα του αρχικού μεταγραφήματος RNA – αποκόπτονται, και τα εναπομείναντα τμήματα συρράπτονται για να φτιάξουν ένα αγγελιοφόρο RNA. Στη συνέχεια, το μήνυμα RNA βγαίνει από τον πυρήνα στο κυτταρόπλασμα, όπου μοριακές μηχανές το μεταφράζουν σε αλυσίδες αμινοξέων. Τελικά, η κάθε αλυσίδα συστρέφεται και αναδιπλώνεται σε μια πολύπλοκη τρισδιάστατη δομή.
Αυτό που καθιστά τις πρωτεΐνες ικανές να επιτελούν τόσο διαφορετικές λειτουργίες είναι το σχήμα τους. Ορισμένες σχηματίζουν μυς και όργανα, κάποιες άλλες λειτουργούν ως ένζυμα – καταλύουν, μεταβολίζουν ή σηματοδοτούν -, ενώ ορισμένες άλλες ρυθμίζουν την γονιδιακή έκφραση προσαρτώμενες σε συγκεκριμένα τμήματα του DNA ή του RNA. Δεν πρέπει να απορεί κανείς που πολλοί βιολόγοι πίστεψαν ότι το κεντρικό δόγμα – με ελάχιστες εξαιρέσεις – πως μια αλληλουχία DNA πρέπει να ονομάζεται γονίδιο μόνο όταν μπορεί να παράγει μια πρωτεΐνη.
Στους ανθρώπινους οργανισμούς, τα γονίδια είναι διαχωρισμένα σε τμήματα αλληλουχιών που κωδικοποιούν πρωτεΐνες, τα οποία διακόπτονται από συχνά τεράστιες εκτάσεις αλληλουχιών που δεν κωδικοποιούν πρωτεΐνες. Μάλιστα τα τμήματα που κωδικοποιούν πρωτεΐνες συνιστούν λιγότερο του 2% του DNA στα ανθρώπινα χρωμοσώματα. Τα εσώνια, μέσα στα γονίδια και οι εκτενείς εκτάσεις διαγονιδιακού DNA που υπάρχει μεταξύ των γονιδίων, θεωρήθηκε εκ προοιμίου ένα άχρηστο απομεινάρι της εξέλιξης.
Η υπόθεση αυτή αποδείχτηκε πολύ βεβιασμένη. Όλο και πιο συχνά συνειδητοποιούμε ότι υπάρχει μια μεγάλη συλλογή γονιδίων που είναι σαφώς λειτουργικά, παρότι δεν κωδικοποιούν καμία πρωτινή και αυτό γιατί παράγουν μόνο RNA. Ο όρος γονίδιο δεν ήταν ποτέ σαφώς ορισμένος. Τα γονίδια μόνο για RNA καθιστούν τον ορισμό ακόμα πιο ασαφή.
Όπως και οι πρωτεΐνες, μερικά μεταγραφήματα RNA μπορούν να αλληλεπιδράσουν με άλλα τμήματα RNA, με το DNA, με τις πρωτεΐνες, και ακόμη μικρές χημικές ενώσεις. Όμως οι πρωτεΐνες είναι αναλογικά μόρια. Προσδένονται σε μόρια – στόχους με τον τρόπο που ένα κλειδί ταιριάζει σε μια κλειδαριά. Η ομορφιά του RNA είναι ότι έχει μια συγκεκριμένη αλληλουχία, λειτουργεί λοιπόν ψηφιακά, σαν ταχυδρομικός κώδικας. Ένα θραύσμα RNA μπορεί να περιπλανάται πάνω σε ένα DNA που έχει μια συμπληρωματική αλληλουχία. Κατόπιν οι δύο αλληλουχίες ενώνονται μεταξύ τους, και οι συμπληρωματικές βάσεις σχηματίζουν τα σκαλοπάτια της ανεμόσκαλας.

Δημήτρης Παπαποστόλου