1. Uuri: Geenidest keerukuseni

Mis on inimese genoom?

Inimese genoom on täielik kogum geneetilisi juhiseid, mis on kodeeritud DNA-s. DNA koosneb neljast nukleotiiditüübist: adeniin (A), tümiin (T), tsütosiin (C) ja guaniin (G). Need nukleotiidid on paigutatud kindlasse järjestusse, mis koosneb enam kui kolmest miljardist aluspaari. Üheskoos talletavad need informatsiooni, mis on vajalik kõigi inimese kehas toimuvate bioloogiliste protsesside juhtimiseks, sealhulgas kasv, areng, ainevahetus ja reageerimine keskkonnale (Lander jt, 2001).

Desoksüribonukleiinhape (DNA) on organiseeritud struktuuridesse, mida nimetatakse kromosoomideks ja mis asuvad iga raku tuumas. Iga kromosoom sisaldab palju geene. Geen on kindlaks määratud nukleotiidide järjestus, mis tavaliselt kodeerib funktsionaalset produkti, enamasti valku. Valgud täidavad rakkudes mitmesuguseid olulisi ülesandeid, näiteks ehitavad rakustruktuure, katalüüsivad biokeemilisi reaktsioone ja edastavad signaale rakkude vahel.

Inimese genoomi projekti lõpuleviimine 2001. aastal andis esimese põhjaliku ülevaate inimese geneetilisest informatsioonist. Üks selle kõige ootamatumaid avastusi oli, et inimese genoomis on umbes 21 000 valke kodeerivat geeni. See arv on üllatavalt sarnane palju lihtsamate organismidega, näiteks ümarussiga Caenorhabditis elegans (Claverie, 2001). See avastus seadis kahtluse alla kaua valitsenud oletuse, et organismi keerukust määrab peamiselt valke kodeerivate geenide arv.

Selle tulemusena hakkasid teadlased uurima genoomi teisi bioloogilise keerukuse allikaid. Tähelepanu pöördus suure osa DNA poole, mis ei kodeeri valke. Neid piirkondi nimetatakse mittekodeerivaks DNA-ks ja need moodustavad suurema osa inimese genoomist. Kuigi need ei tooda otseselt valke, täidavad nad olulisi rolle geeniekspressiooni reguleerimisel ja genoomi struktuuri säilitamisel (ENCODE Project Consortium, 2007).

Mittekodeerivad piirkonnad hõlmavad laia valikut funktsionaalseid elemente. Nende hulgas on promootorid, mis tähistavad transkriptsiooni alguskohta; tugevdajad (enhancerid), mis suurendavad geeniekspressiooni taset; vaigistajad (silencerid), mis pärsivad transkriptsiooni; ja isolaatorid, mis kontrollivad regulatoorsete elementide ja geenide vahelisi interaktsioone. Lisaks sisaldab genoom erinevat tüüpi mittekodeerivaid RNA molekule, nagu pikad mittekodeerivad RNA-d (lncRNA-d) ja mikroRNA-d (miRNA-d). Need molekulid mõjutavad geenide regulatsiooni, mõjutades kromatiini struktuuri, RNA stabiilsust ja translatsiooni.

Valke kodeerivad geenid, regulatoorsed DNA elemendid ja mittekodeerivad RNA-d moodustavad üheskoos väga koordineeritud regulatoorse süsteemi. See süsteem võimaldab samal genoomil luua väga erinevaid rakutüüpe, nagu neuronid, lihasrakud ja immuunrakud, millest igal on oma spetsiifilised funktsioonid. Samuti võimaldab see rakkudel reageerida arengusignaalidele ja keskkonnamuutustele. Selle regulatoorse keerukuse mõistmine on fundamentaalne, et selgitada inimese arengut, kohanemist ja haigusi.