Missä pallokalat ovat parempia kuin me? (DNA goes retro I)

Pantteripallokala Tetraodon nigroviridis

Pantteripallokala. Pallokalat ovat saaneet siivottua dna:nsa roskasta. (Kuva: Wikipedia)

Dna, elämän molekyyli, resepti uudelle eliölle; koodi, joka on kopiotunut sukupolvien ketjussa miljardeja vuosia; koodi, joka on täynnä suunnattoman tärkeää tietoa… No, oikeastaan ei ihan täynnä. Jos nyt ihan totta puhutaan, niin suurin osa dna:sta on ihan roskaa, jonninjoutavaa tilke-dna:ta muutaman hassun kymmenen tuhannen tärkeän kohdan ympärillä.

Ihmisenkin perimän dna:sta voisi leikata pois valtavia palasia ilman, että mitään tärkeää menetettäisiin. Leikkaamisen voisi aloittaa retroelementeiksi kutsutusta dna:sta. Retroelementit karsimalla kolmen miljardin palasen dna virtaviivaistuisi heti alle kahteen miljardiin.

Dna:n ohjeilla syntyy rna. Rna:n ohjeilla syntyy proteiini. Proteiineilla elämä toimii ja proteiineista elämä rakentuu. Näinhän se menee.

Paitsi että – käänteinen reittikin on mahdollinen: rna:n ohjeilla syntyy dna. Ihmisenkin dna:ssa on valmistusohjeita (geenejä) proteiinille, joka tekee juuri tätä – kääntää rna-tiedon takaisin dna:ksi. Ketjureaktio on mahdollinen, jos dna-palanen palaa kotiin: liittyy takaisin perimän pitkään dna-ketjuun rna-välivaiheen jälkeen – ja sitähän tapahtuu!

Käänteiskopiointia tekevän proteiinin geeni on yleisin geeni ihmisen perimässä. Suuri osa näistä geeneistä on rikki, mutta aika moni toimiikin. Voisi luulla että kyseinen geeni on ihmiselle tärkeä. Ihminen ei kuitenkaan tee käänteiskopioinnin geenillä mitään – retroelementit tekevät. Retroelementit aivan kuin omaa elämäänsä perimän dna:n sisällä, vaikka ne ovat itsekin pelkkiä pieniä dna-molekyylin palasia.

Retroelementtejä on eri tyyppisiä. Osa retroelementeistä on hyvin lyhyitä, niihin ei mahdu geenejä eikä oikein mitään muutakaan. Niissä on kuitenkin tunnistusjakso, niin että solun normaalit proteiinit voivat tehdä elementeistä rna-kopion. Kopiointiin takaisin dna:ksi lyhyet retroelementit lainaavat työkaluksi pidempien retroelementtien ohjeilla valmistettuja proteiineja.

Selkärankaisten perimän dna:sta tyypillisesti kolmasosa tai jopa puolet on retroelementtihölynpölyä. Poikkeuksiakin on, esimerkiksi pallokalojen perimä on tosi lyhyt ja kompakti. Ennätys on pantteripallokalalla (Tetraodon nigroviridis), jonka koko dna:ssa on vain 340 miljoonaa palasta (Jaillon ym. 2004) – esimerkiksi seeprakalan perimä on viisi kertaa isompi kuin pantteripallokalan. Mitään järkevää syytä, miksi seeprakala tarvitsisi paljon enemmän dna:ta kuin pallokala ei ole.

Ei mitään roska-dna-ruokaa - annos fugua

Ei mitään roska-dna-ruokaa… pallokalan lihasta valmistettu annos fugua (kuva: Wikipedia)

Pallokalat ovat ilmeisesti jotenkin saaneet pidettyä dna:nsa roskan määrän kurissa paremmin kuin muut selkärankaiset. Pallokalojen perimäkään ei silti ole aivan vapaa retroelementeistä. Itse asiassa pantteripallokalalta retroelementtejä on löydetty peräti 43 erilaista (Fischer ym. 2005). Juju on siinä, että elementtien kopioiden lukumäärät ovat pysyneet pieninä. Ehkä pallokalojenkin suojaus joskus taas pettää ja retroelementit pääsevät monistumaan riesaksi asti niiden perimässä.

Onko retroelementeistä haittaa? On tietysti. Jos retroelementti palaa dna:han keskelle geeniä tai jotain tärkeää säätelyjaksoa, jotain olennaista menee rikki ja haitta on ilmeinen. Luonnonvalinta voi toimia ja karsia tällaisen muutoksen. Jos retroelementti osuu dna:ssa kohtaan, jolla ei ole mitään virkaa (ja sellaisia kohtiahan on paljon), haitta on olemassa, mutta käytännössä merkityksetön: muutama sata dna:n osasta kopioitavaksi entisten satojen miljoonien tai miljardien lisäksi. Luonnonvalinta on liian heikko pysyäkseen vauhdilla kopioituvien retroelementtien tahdissa, retroelementit ehtivät kopioitua kymmeniä- tai satojatuhansia kertoja ennen kuin niistä alkaa olla todellista haittaa.

Onko retroelementeistä hyötyä? On. Ylimääräinen dna ei ole pelkkä haitta. Se antaa myös pelivaraa ja joustavuutta perimään. Perimän dna-palikoita voi silloin sekoitella, monistaa, käännellä ja yhdistellä vapaammin pelkäämättä, että jotain tärkeää menee rikki. Retroelementtien invaasion sanominen hyödylliseksi on kuitenkin vähän jälkiviisautta. Luonnonvalinta toimii tässä ja nyt, sillä ei voi olla pitkän tähtäimen suunnitelmia tyyliin: ”antaa nyt tämän joutavan dna-pätkän monistua hullun lailla siltä varalta, että muutaman miljoonan vuoden päästä tapahtuu jotain hyödyllistä”.

Viitteet:
Fischer, C., Bouneau, L., Coutanceau, J. P., Weissenbach, J., Ozouf-Costaz, C. ja Volff, J. N. 2005: Diversity and clustered distribution of retrotransposable elements in the compact genome of the pufferfish Tetraodon nigroviridis. Cytogenet. Genome Res. 110: 522-536. En ole nähnyt tästä kuin abstraktin. Olisin iloinen, jos joku lähettäisi pdf:n koko artikkelista.

Jaillon, O., Aury, J. M., Brunet, F., Petit, J. L., Stange-Thomann, N., Mauceli, E., Bouneau, L., Fischer, C., Ozouf-Costaz, C., Bernot, A. ym. (61 kirjoittajaa) 2004: Genome duplication in the teleost fish Tetraodon nigroviridis reveals the early vertebrate proto-karyotype. Nature 431: 946–957.

-Kolkkala, M. – luotiset.wordpress.com

Gallup:

3 vastausta artikkeliin: Missä pallokalat ovat parempia kuin me? (DNA goes retro I)

  1. nopoles kirjoitti:

    Tilanne äänestyksessä 20.9.2013 on kutkuttavan jännittävä ja tasainen:

    Jos jutussa olisi käytetty enemmän sellaisia sanoja kuin retrotransposoni, nukleotidi, sekvenssi, mutaatio, entsyymi, line, sine, se olisi ollut…

    Mukavampi lukea: 0 (0%)
    Ikävämpi lukea: 1 (33,33%)
    Ei tuolla niin väliä: 2 (66,66%)

  2. nopoles kirjoitti:

    Tilanne kiristyy entisestään… ääntenlaskenta 29.3.2014

    Mukavampi lukea: 0 (0%)
    Ikävämpi lukea: 2 (50%)
    Ei tuolla niin väliä: 2 (50%)

  3. nopoles kirjoitti:

    (Tuomas Aivelon hieno blogi Tiede-lehden sivuilla laittoi miettimään hyvää suomennosta ”junk-DNA”:lle)

    Jouto-dna? Potentiaalisesti ihan hyvää tavaraa, mutta – joutaisi pois.

    On siitä ylimääräisestä dna:sta pakko olla haittaakin. Ihmisellä on jotain 10^14 solua ja jokaisessa solussa on jotain kaksi metriä dna:ta. Jos tuosta määrästä 2/3:kin on joutavaa, niin pelkän joutavan osan ihmisen dna-rihmaa olisi voinut laittaa kelalle ja sitoa pään New Horizons -luotaimen perään – siimaa riittäisi Plutoon saakka. Kyllä sellaisen määrän kopioinnin ja ylläpidon täytyy jotain maksaa.

    Toisaalta ei roinan siivoaminenkaan näytä olevan tie eliöiden herruuteen. Pallokalat ovat ilmeisesti onnistuneet siivoamaan perimänsä aika siistiksi roinasta: Missä pallokalat ovat parempia kuin me?

    Ihan hyvinhän pallokaloilla on mennyt, mutta niin on mennyt monella muullakin kalaryhmällä, joilla joutavaa dna:ta on pallokaloihin verrattuna moninkertaisia määriä.

    -Mikko

Vastaa

Täytä tietosi alle tai klikkaa kuvaketta kirjautuaksesi sisään:

WordPress.com-logo

Olet kommentoimassa WordPress.com -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Twitter-kuva

Olet kommentoimassa Twitter -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Facebook-kuva

Olet kommentoimassa Facebook -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Google+ photo

Olet kommentoimassa Google+ -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Muodostetaan yhteyttä palveluun %s

%d bloggers like this: