I blogg-innlegget Junk-DNAet tar hevn skrev jeg i forrige uke om hvordan det regulatoriske genomet kanskje inneholder mange av de forskjellene som skiller ulike arter som menneske og sjimpanse. Hva er da mer naturlig enn at Nature denne uka publiserer flere artikler fra ENCODE-prosjektet der ulike regulatoriske mekanismer sammenlignes mellom menneske og modellorganismene bananflue og rundorm?

Ulike celletyper (for eksempel hjerneceller og leverceller), eller samme celletyper i ulike situasjoner (leverceller før og etter du drikker en flaske vin), tar i bruk ulike proteiner. Hvilke proteiner som tas i bruk bestemmes av regulatoriske proteiner; disse proteinene kan gjenkjenne brytere i det regulatoriske genomet og bruke de til å slå gener av og på. På-bryterne starter en prosess som resulterer i at et gen kopieres til RNA som deretter oversettes til et protein. Av-bryterne kan blokkere slik kopiering. Ofte kreves det at flere ulike proteiner slår på flere ulike brytere for at et gen aktiveres. Litt som når to nøkler må vris om samtidig for å aktivere ett atomvåpen. Men først må man komme seg inn i utskytningssiloen. Analogt kan genomet ha epigenetiske modifikasjoner som stenger for at de regulatoriske proteinene kan nå bryterne.

Ved hjelp av moderne bioteknologi kan vi i dag telle antall kopier av hvert gen i en celle og dermed få data som viser hvordan gener reguleres (genuttrykksdata). I den første artikkelen som jeg vil diskutere sammenligner forskerne genuttrykk i mennesket, flue og orm. De bruker maskinlæring til å trene modeller som ut fra informasjon om bruk av på- og av- brytere, og epigenetiske modifikasjoner, kan forutse hvilke deler av genomet som aktiveres når. Det mest oppsiktsvekkende er at en universell modell kan forutsi genuttrykk i alle tre artene; ikke bare for de proteinkodende genene men også for den tredjedelen av genomet som aktiveres men som ikke produserer protein (ikke-kodene regioner)! Dette må bety at regulering av genuttrykk følger noen generelle lover i alle tre artene.

Jeg vet hva du tenker: Hva i alle dager er maskinlæring? Vi tar det en annen gang, men la oss bare konstatere her og nå at det er utrolig kult.

I den andre artikkelen som jeg vil diskutere undersøker forskerne hvor regulatoriske proteiner binder i genomene for dermed å kunne beskrive bryterne som regulerer genuttrykk. Regulatoriske proteiner kodes av gener, akkurat som vanlige proteiner, og reguleres også av andre regulatoriske proteiner. Forskerne kunne derfor bruke bindingsdata til å beskrive hvordan gener regulerer hverandre; det regulatoriske nettverket. Dette nettverket tenderer til å være organisert i et hierarki med master-regulatorer (toppledere) på toppen og mer spesifikke regulatorer lengre ned (mellomledere) og ”vanlige” gener (typisk enzymer) på bunnen (arbeidere). Forskerne fant at strukturen i disse nettverkene var veldig like i de tre artene men at det var store forskjeller i hvilke gener regulatorene styrte på bunnen av hierarkiet. Forskerne slår fast at det er trolig her forklaringen bak mange av de egenskapene som skiller artene ligger! Som i den andre artikkelen så viser det seg at de generelle prinsippene for genregulering er bevart i ulike arter, men at det samtidig er sånn at dynamikken og potensialet for endring er størst i det regultoriske genomet (indirekte sier man altså at proteiner er mer statiske).

Nå trenger du sikkert en av mine brilliante analogier? Ok. I disse dager spilles US Open i tennis. Det er ulike måter å spille tennis på. Federer er offensiv og går for vinnere. Nadal satser i større grad på å være en levende vegg og la motstanderen gjøre feil. Men et prinsipp er gjeldene enten man slår mange vinnere eller få feil; man bør slå flere vinnere enn upressede feil for å spille en god kamp. Dette ledende prinsippet er gjeldene for alle spillere og det er slike prinsipper for genregulering, som gjelder for flere ulike arter, som forskerne har funnet i begge artiklene.

Det er mange andre spennende resultater i disse artiklene. En liten godbit til slutt: Forskerne fant at det var flere master-regulatorer og mer feedback (dvs regulatorer som regulerer proteiner høyere opp i hierarkiet) i menneske sammenlignet med flue og orm. Er det her hemmeligheten bak vår kompleksitet kan finnes?

Facebook

0

Twitter