Új Szó, 2003. november (56. évfolyam, 252-274. szám)
2003-11-18 / 264. szám, kedd
8 Mindentudás egyeteme ÚJ SZÓ 2003. NOVEMBER 18. A petesejt hatalma - a mitokondriumtól a magzatvédelemig - Az öregedés egyik fontos faktorát is felismerték Genetika a kromoszómákon túl: anyai hatás és anyai öröklődés Az alma nem esik mesze a fájától; Nézd meg az anyját, vedd el a lányát. Az ismert közmondások azt a tapasztalatot fogalmazzák meg, hogy a szülők átörökítik tulajdonságaikat utódaikra. Az öröklődés törvény- szerűségeit először Gregor Johann Mendel ismerte fel és tette közzé 1865-ben. Vannak azonban olyan tulajdonságok, amelyek öröklődése nem követi a Mendel-szabályokat. Szabad János előadása a Mindentudás Egyetemén a nem-mendeli genetika kérdéskörébe adott bepillantást, s arra is kitért, miként jobbíthatjuk életünket az itt szerzett ismeretekkel. SZABAD JÁNOS ELŐADÁSA Mendel egyik kísérletében lila virágú borsónövények petesejtjeit fehér virágokról származó pollenekkel (hímivarsejtekkel) termékenyítette meg. A fehér és a lila borsók „házasságból” az első generációban csupa lila virágú borsók „születtek”: a lila tulajdonság dominált, a fehér pedig mintha eltűnt volna. Az utódnövények keresztezéséből képződött második generációban lila és fehér visejtmagban vannak, és részei a kromoszómáknak, a kromoszómán belül pedig a DNS kettős spirálnak. AZ EMBRIÓK ÉLETÉNEK ELSŐ _________SZAKASZA_________ Az 1920-as évek elején, miközben a kutatók azt tanulmányozták, hogy miként öröklődik egy mocsári csigafaj (Lymnaea peregra) házának tekeredési iránya, szokatlan öröklődésmenetre lettek figyelmesek. Azokból a keresztezésekből, amelyekben jobbra te- keredő házú nőstény csigákat balra tekeredő házú hímekkel kereszteztek, az első generációban miden csiga háza jobbra tekere- dett. Az eredmény nem meglepő: a jobbra tekeredés domináns, a balra tekeredés recesszív. A várakozással ellentétben viszont a második generációban is minden csiga háza jobbra tekeredett. A harmadik generációban a jobbra és a balra tekeredő csigák aránya 3:1 volt, amint azt Mendel egyik szabálya szerint várnánk. Vagyis a csigaház tekeredésének iránya a Mendel-szabályok szerint öröklődik, csak egy generációt késve. A reciprok keresztezésben azután balra tekeredő házú nőstény csigákat kereszteztek jobbra tekeredő házú hímekkel. Meglepetésre az összes utód háza balra tekeredett. Hogyan lehetséMi minden van egy sejtben! Meadeii tulajdonságok Sejtmag Anyai hatás Kioropíaszt WBttBmtmmgnsMuiajiimifwnMi Mitokondriam Forrás: Life: The Science < rágú növények 3:1 arányban képződtek. Nyilvánvaló, hogy a fehér (recesszív) tulajdonság nem tűnt el, csak lappangott az első generáció növényeiben, a második generációban megnyilvánult. A 3:l-es arányból kiindulva Mendel arra a fontos tényre jött rá, hogy a borsóvirágok színét két faktor határozza meg (ezeket nevezzük ma géneknek): az egyik anyai, a másik apai eredetű. Mendel elvégezte az előző kísérlet fordítottját is: egy ún. reciprok keresztezésben fehér virágú növények petesejtjeit lila virágú növények pollenjeivel termékenyítette. Mint az előző kísérletben, az első generációban itt is minden növény lila virágú volt, a második generációban lila és fehér virágú növények származtak 3:1 arányban. Vagyis a lila/fehér virágszín öröklődésé nem függ a szülők nemétől. Azt, hogy az első generáció növényei valóban hordozzák a virágszínt meghatározó gén fehér változatát (a génváltozatot alléinak nevezzük), Mendel elegánsan bizonyította: az első generáció lila virágú növényeit egy ún. tesztelő keresztezésben fehér virágúakkal keresztezte. Az utódok között 1:1 arányban képződtek lila és fehér virágú növények. Ma már tudjuk, hogy Mendel megfigyelései általános érvényűek: a Mendel-szabályok nemcsak a borsóra, hanem jószerivel minden magasabb rendű élőlényre érvényesek. Azt is tudjuk, hogy a Mendel-szabályok szerint öröklődő tulajdonságokat olyan gének kódolják, amelyek a MINDENTUDÁS EGYETEME ges az, hogy az egyik kísérletben a balra, a másikban a jobbra tekeredés iránya a domináns? További meglepetést keltett az a tény, hogy a második generációban minden csiga háza jobbra tekeredett. A csigaház tekeredési irányát az anya genetikai tartalma határozza meg. Ha az anya hordozza a D- vel jelölt ép gént, és petesejtjei a D gén termékét (egy olyan fehérjeféleséget, amely meghatározza a zigóta első osztódási orsójának irányát), az utód háza jobbra te- keredik. Ha az anya genetikai állománya nem tartalmaz funkcióképes D gént, hanem csak annak a d-vel jelölt, funkcióját vesztett mutáns változatát, a petesejt nem tartalmazza a D-kódolt fehérjét, ami miatt az utódok csigaháza balra tekeredik. Lényegében tehát az utód küllemét, sorsát nem a saját, hanem az anya genetikai állománya határozza meg a petesejt citoplazmájába helyezett molekulákkal. A jelenség neve anyai hatás. Lényege, hogy a petesejtek citoplaz- mája olyan molekulákat tartalmaz, amelyek képződését az anya génjei kódolják. Az anyai hatás molekulái a petesejtek érése során képződnek és válnak a petesejtek citoplazmájának alkotójává. Azért, hogy a megterméke- nyülést követően irányítsák az embriók életét. E molekulák benne vannak a petesejt, pete, tojás citoplazmájá- ban, képződésüket az anya génjei szabályozzák. A petesejt tehát nemcsak sziket (tartalék tápanyagokat) tartalmaz, hanem olyan molekulákat is, amelyek az embriógenezist irányítják. Az anyai hatás jelentősége azokban a fajokban kifejezett, amelyek embriói petékben, tojásokban az anya szervezetén kívül fejlődnek. Az anyaméhen belül fejlődő embriók Ma már tudjuk, hogy Mendel megfigyelései általános érvényűek. esetében, ahol van lehetőség az „utánpótlásra”, az anyai hatás jelentősége kisebb, mint például a békaembriók esetében. Az egér embriók a négy-, az ember embriók pedig már a kétsejtes állapotban „bekapcsolják” egyik-másik génjüket. Az anyai hatás természetesen sokkal tovább tart, mint a négy-, illetve a kétsejtes állapot. Képzeljünk el egy asszonyt, akinek egy, az anyai hatásban résztvevő génjének mindkét kópiája mutáns (m), elvesztette funkcióját, ami miatt petesejtjeinek ci- toplazmájából hiányzik egy gén terméke. Bár az asszonynak képződnek petesejtjei, amelyek látszólag épek, megtermékenyülnek, és elkezdődik bennük az embriógenezis, az embrió fejlődése a géntermék hiányában elakad, az embrió elpusztul, az asszony meddő, bárkitől is származzon a petesejtet megtermékenyítő spermium. A meddő nők 8- 10%-a e genetikai ok miatt meddő. Problémájukra két megoldás kínálkozik. „Kisegíthetik” a fel nem töltött petesejtet egy ép petéből származó citoplazma injekcióval, vagy kivehetik a nő megtermékenyült petesejtjéből a zigóta sejtmagját, és egy olyan ép petesejtbe ültethetik, amelynek a A csigaház tekeredési irányának öröklődése ©®<D€> • OO u CW ' 04 L ét magját eltávolították. A sejtmagtranszplantációval létrehozott zi- gótából - mivel a citoplazmája ép - élőlény fejlődik. E megoldásnak köszönhetően már három gyermek született. A petesejt citoplazmájának feltöltése, felkészítése a fogamzásra heteken át tartó folyamat. A magzatvédő program célja az, hogy felkészítsék a nőket a gyermek- vállalásra: éljenek olyan életet, amely lehetővé teszi petesejtjeik feltöltődését az anyai hatás tényezőivel. Ne dohányozzanak, ne dolgozzanak szerves oldószerekkel, fogyasszanak vitamindús ételt. A program hasznosságát mi sem bizonyítja jobban, mint hogy a programban felkészült asszonyoknak nem született nyitott ge- rinccsatornájú, koponyahiányos gyermeke, és utódaik között a fejlődési rendellenességgel születettek aránya elhanyagolható. A magzatvédő vitaminkeverék legfontosabb komponense a folsav. Az USA-ban, éppen a program tapasztalatai alapján, a pékárukat folsawal dúsítják. Magyarországon is kapható néhol folsav tartalmú kenyér. ANYAI ÖRÖKLŐDÉS - ÖRÖKLŐDÉS A SEJTMAGON ___________KÍVÜL___________ A h uszadik század kezdetén, amikor újra felfedezték az öröklődés törvényszerűségeit, néhány kutató különös öröklődéstípusra figyelt fel. Abból a kísérletből, amelyben zöld növények petesejtjeit sárga növények pollenjeivel termékenyítették meg, csak zöld növények származtak. (A zöld és a sárga növények egyaránt termelnek sárga színű karotint. A sárga növények, mivel nem képződik bennük klorofill, sárgák.) Az eredmény nem meglepő: a zöld tulajdonság domináns, a sárga (a klorofillképzés hiánya) recesszív. A különös az, hogy a második generációban csak zöld SZABAD JÁNOS biológus, genetikus 1945-ben született. 1971-73 között az MTA Szegedi Biológia Központ Genetikai Intézetének munkatársa, 1993-tól a Szegedi Tudományegyetem Általános Orvostudományi Kara Orvosi Biológiai Intézetének tanszékvezető egyetemi tanára. A sejtbiológia és molekuláris genetika tantárgyat tanítja orvostanhallgatóknak, molekuláris sejtbiológiát doktorandusz hallgatóknak. Doktorandusé hallgatók szakmai munkájának vezetője. Az Anyai hatás és embriógenezis akadémiai kutatócsoport vezetője. Éveket dolgozott jeles kutatóműhelyekben Svájcban, az USA-ban és Németországban. Munkatársaival az anyai hatású gének szerepét remélik megérteni az utódok életében a genetika, a molekuláris és a sejtbiológia módszereivel. Kísérleteiket a muslica modellfajjal végzik. Akadémiai Díjas, Széchenyi Professzori Ösztöndíjas, tagja az Európai Molekuláris Biológiai Szervezetnek. azok a DNS-molekulák adják, amelyek nem a sejtmagban, hanem a kloroplasztokbah, a mito- kondriumokban, vagy az endo- szimbionta (a sejtek citoplazmá- jában élő) baktériumokban vannak. Minthogy az élőlények összes kloroplasztja, mitokondri- uma (csak úgy, mint az endo- szimbionta baktériumok) anyai A mitokondfiális DNS megrövidülése . S~<j( v::,_ I V ((T o) J “ (^^o)IqI (|.i) o ©©Á t ■■■■■■ növények képződtek, sárga egy sem. Sőt, amikor a zöld utódnövények petesejtjeit sárga növény pollenjeivel termékenyítették meg, az utódok mindegyike zöld volt. Az utód zöld növényeket sárga növények pollenjeivel megtermékenyítve ismét csak zöld növények származtak. A keresztezéseket végtelen generáción át lehet folytatni, az éredmény nem változik. Mintha a sárga tulajdonság eltűnne az egymást követő generációkban, mintha az utódok csak az anyjuktól kapnának a levelek színét meghatározó információt. Az első keresztezés fordítottjából, amelyben sárga növények pete- sejtjeit zöld növények pollenjeivel termékenyítették meg, csak sárga növények származtak. Miként lehetséges, hogy az egyik keresztezésben a zöld, a másikban a sárga domináns? Mivel az utódok külleme (fenotí- pusa) mindig olyan volt, mint az anyjuké, az öröklődés itt bemutatott típusát anyai öröklődésnek nevezték el. Rövidesen kiderült, hogy az anyai öröklődés alapját eredetű, nem meglepő, hogy az anyai öröklődést mutató tulajdonságokat a kloroplasztokban, a mitokondriumokban vagy az en- doszimbionta baktériumokban levő DNS-molekulák határozzák meg. Mivel a kloroplaszt, a mito- kondrium, és az endoszimbionta baktériumok DNS-e nem a sejtmagban van, az anyai öröklődést extranukleáris vagy extrakromo- szómális öröklődésnek is nevezik. Az ember ép mitokondriális DNS- e tizenhárom olyan fehérjeféleség szintézisét kódolja, amelyek a mitokondriumokban folyó, az ATP- molekulák képződését eredményező ún. oxidativ foszforilációs folyamatban szerepelnek. A mtDNS kétféle rRNS, valamint huszonkét tRNS-féleség képződését is kódolja. Az ember egy-egy mitokondriumában általában 2-5 mtDNS-molekula van. Hogyan hatnak vajon a mitokondriumra a mutációk? Természetesen elpusztulnak azok a sejtek, amelyek minden mitokondriuma csupa funkcióképtelen (mutáns) mtDNS-t tartalmaz. Ellenben élet- és funkcióképesek lehetnek azok a sejtek, amelyekben egyidejűleg háromféle mitokondri- utxT nlan: egyesek csupa ép mtDNŠ-el, mások ép és mutáns mtDNS-el, s néhány csupa mutáns mtDNS-el. Ismét képzeljünk el egy asszonyt, akinek valamely petesejtjében az említett háromféle mitokondrium van, és azt is, hogy a petesejt megtermékenyül, elkezdődik az embriógenezis; folynak a sejtosztódások. Ha a mutáns mtDNS-ből egy szakasz hiányzik, a megrövidült mtDNS-ek replikációja rövi- debb ideig tart, mint az ép mtDNS-eké. A mtDNS-ek között az egymást követő replikációk során növekszik a mutáns mtDNS- ek aránya, ami miatt a mitokond- riumok között egyre gyakoribbak lesznek az olyanok, amelyek csak mutáns mtDNS-t tartalmaznak. A sejtosztódások előrehaladtával pedig egyre gyakoribbak lesznek az olyan sejtek, amelyekben sok a mutáns mitokondrium, esetleg mind az. A csökkent funkciójú és/vagy funkcióképtelen mito- kondriumokat tartalmazó sejtek energiaellátása csökken, a sejtek funkciójukat tökéletlenül, vagy egyáltalán nem tudják betölteni, és akár el is pusztulhatnak. Minthogy a mitokondriumok funkció- vesztését elsősorban a sok ATP-t igénylő (izom-, ideg-) sejtek síny- lik meg, nem véletlen, hogy az anyai öröklődést mutató tulajdonságok elsősorban az izom-, valamint az idegsejtek funkcióját érintik. A mtDNS egyik fontos jellegzetessége, hogy hibái - nem úgy, mint a sejtmagi DNS-ben - nem javítódnak. A sejtosztódások előrehaladtával egyre gyakoribbakká válnak a funkcióképtelen mitokondriumok, és csak idő kérdése, hogy olyan sejtek képződjenek, amelyek ATP-ellátása elégtelen, és előbb-utóbb elpusztulnak. A mtDNS rövidülése és elszaporodása életünk során valóság: az idősebb emberekben sokkal gyakoribbak a megrövidült mtDNS- ek, mint a fiatalokban - ez a változás az öregedés egyik alapvető tényezője. Készítette az M8iH Communications szabad felhasználásra, a szerzői jogok korlátozása nélkül.
