Geenien kopioluku ja elinikä – katseet rDNA:han

Teksti on kirjoitettu yhteistyössä Toni Jernforsin (FM, ekotoksikologi) kanssa.

Perimän vaikutus elinikään on tunnettu jo vuosikymmeniä, jollei satoja. Vähemmän tutkittu aihealue ovat sellaiset perimässä näkyvät muutokset, jotka eivät liity tiettyjen geenien olemassaoloon tai muotoon, vaan suoraan niiden määrään. Perimässämme voi tapahtua tiettyjen DNA-alueiden monistumista, ja tällä voi olla suuri merkitys terveyteen ja elinikään.

Tuoko suurempi määrä DNA:kopioita enemmän elinaikaa?

Perimässämme olevat geenit ovat pätkä DNA-juostetta, jossa on ohje tietyn tuotteen (RNA tai proteiini) valmistukselle. Samoin ribosomaalinen DNA (rDNA) on pätkä DNA-juostetta, jossa on ohje ribosomaalisen RNA:n (rRNA) valmistamiselle. Ribosomaalinen RNA puolestaan on ribosomin päärakennusosa. Lopputuotteena tästä syntyy ribosomi, joka valmistaa sinunkin soluissasi sen tarvitsemat proteiinit. Voit ajatella tätä kokonaisuutta vaikkapa Ikean huonekaluna: DNA on katalogi, jossa on ohjeet kaikkien Ikean huonekalujen kasaamiseen. rDNA on ne sivut, joissa on ohje juuri sille tuolille, jonka tarvitset . Tämän ohjeen perusteella osaat kerätä ne osat, joita kyseiseen tuoliin tarvitset. Ribosomi sitten on se valmis tuoli (jonka kasaamisen jälkeen ei jäänyt jäljelle yhtään ylimääräistä ruuvia, wau!).

Toisilla perimän kopiokone on monistanut tiettyjä alueita ahkerasti, toisilla ei

Soluissa on valtava määrä ribosomeja. Ne toimivat tehtaina, jotka valmistavat proteiineja solun tarpeisiin. rRNA muodostaa jopa 80% solussa olevasta RNAsta. Jotta solut kykenevät ylläpitämään ribosomien valtavaa määrää, on niillä oltava satoja rDNA-kopioita. Tämä mahdollistaa sen, että useita ribosomeja voidaan valmistaa solussa samanaikaisesti. Ajatellaan asiaa taas Ikean kautta – kun käytössä on yhden ohjelehtisen sijaan satoja identtisiä ohjeita, rutkasti rakennusosia ja joukkio innokkaita kasaajia, saadaan samalla kertaa aikaan satoja identtisiä tuoleja.

Ihmisillä on perimässään eri määrä rDNA-alueen kopioita. Tämä kopioiden määrä vaikuttaa suoraan siihen, kuinka nopeasti solumme voivat tuottaa proteiineja. Näin ollen rDNA:n kopioiden lukumäärä vaikuttaa myös solun ja koko kehon kykyyn sopeutua elinympäristöön.

Eliöillä rDNA:n kopioluvun on havaittu määrittävän monia yksilön ominaisuuksia. Vähäinen kopioluku on yhteydessä muuan muassa puutteelliseen kehittymiseen ja selviytymiseen, kun taas korkea kopioluku johtaa nopeaan kasvuun ja kehittymiseen. Onko siis niin, että korkean kopioluvun omaavat ihmiset ovat myös ylivertaisia pienen kopioluvun omaaviin nähden? Valitettavasti asia ei ole aivan näin yksinkertainen.

rDNA ihmisillä – liika on liikaa?

Ihmisellä rDNA kopioluvun merkitystä ei vielä tarkkaan tunneta. Toistaiseksi kuitenkin tiedetään, että ihmisellä on keskimäärin 400 rDNA-kopiota. Tämä on kuitenkin vain keskiarvo, ja kopioluku vaihtelee suuresti yksilöiden välillä. Tiedetään, että perimä määrittää suurelta osin rDNA kopioluvun, mutta muutoksia tapahtuu myös yksilötasolla.

Vauvoilla korkea rDNA kopioluku on yhteydessä nopeampaan kasvuun ensimmäisinä elinkuukausina ja kehitykseen ensimmäisen elinvuoden aikana. Toisaalta korkean kopioluvun on havaittu olevan yhteydessä Downin syndroomaan, Alzheimerin tautiin ja skitsofreniaan.

rDNA, terveys ja elinikä

Tutkimukset rDNA:n kopioluvun ja ikääntymisen välillä ovat olleet ristiriitaisia. Osassa tutkimuksista on havaittu rDNA kopioluvun vähenevän vanhenemisen myötä ja osassa tutkimuksista tällaista eroa ei ole löydetty. Tutkimukset kuitenkin antavat osviittaa siitä, että hyvin pieni tai hyvin suuri rDNA kopioluku voi olla yksilölle haitallinen ja yhteydessä monitekijäisiin sairauksiin.

rDNA:lle tyypillistä on epävakaus. Muutokset rDNA:ssa voivat johtaa sekä ribosomien vähäisempään määrään, että heikompaan laatuun. Nämä muutokset voivat suoraan heikentää solun toimintaa kiihdyttäen ikääntymistä. Toisaalta ribosomien heikentynyt toiminta on yhdistetty pidempään elinikään, ainakin hiivoilla. Tällöin solun aineenvaihdunnan aktiivisuus laskee samoin kuin elinikää tutkitusti pidentävä kalorirajoitteisessa ruokavaliossa. On myös arveltu, että rDNA voi toimia telomeerien tavoin ohjaten solun jakautumiskykyä, vaikuttaen sitä kautta solujen vanhenemiseen.

Tutkimus rDNA:n merkityksestä eliniälle on vielä alkutaipaleella. Selvää on, että rDNA on välttämätön jokaisen solun toiminnalle ja että ribosomien tuotannon lisäksi se vaikuttaa solun vanhenemiseen. Tiedetään myös, että ympäristö voi yksilönkehityksen alkuvaiheilla vaikuttaa rDNA:n kopiolukuun. Vielä ei kuitenkaan ole selvää, missä määrin aikuisella ympäristötekijät ja omat elintapavalinnat vaikuttavat rDNA:n kopiolukuun.

Lähteet:

  • Lavrinienko, A., Jernfors, T., Koskimaki, J. J., Pirttila, A. M., & Watts, P. C. (2020). Does intraspecific variation in rDNA copy number affect analysis of microbial communities? Trends in Microbiology,
  • Agrawal, S., & Ganley, A. R. (2016). Complete sequence construction of the highly repetitive ribosomal RNA gene repeats in eukaryotes using whole genome sequence data. Methods in Molecular Biology (Clifton, N.J.), 1455, 161-181.
  • Bross, K., & Krone, W. (1972). On the number of ribosomal RNA genes in man. Humangenetik, 14(2), 137-141.
  • Kobayashi, T. (2011). How does genome instability affect lifespan?: Roles of rDNA and telomeres. Genes to Cells : Devoted to Molecular & Cellular Mechanisms, 16(6), 617-624.
  • Larson, D. E., Zahradka, P., & Sells, B. H. (1991). Control points in eucaryotic ribosome biogenesis. Biochemistry and Cell Biology = Biochimie Et Biologie Cellulaire, 69(1), 5-22.
  • Porokhovnik, L. N., & Lyapunova, N. A. (2019). Dosage effects of human ribosomal genes (rDNA) in health and disease. Chromosome Research : An International Journal on the Molecular, Supramolecular and Evolutionary Aspects of Chromosome Biology, 27(1-2), 5-17.
  • Ritossa, F. M. (1968). Unstable redundancy of genes for ribosomal RNA. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 60(2), 509-516.
  • Sinclair, D. A., & Guarente, L. (1997). Extrachromosomal rDNA circles–a cause of aging in yeast. Cell, 91(7), 1033-1042.

Vastaa

Täytä tietosi alle tai klikkaa kuvaketta kirjautuaksesi sisään:

WordPress.com-logo

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

Google photo

Olet kommentoimassa Google -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 )

Muodostetaan yhteyttä palveluun %s