Genom v pohybu

Naše DNA je obvykle pečlivě organizovaná.  Dlouhé řetězce genetické informace jsou  uloženy ve 23 párech chromozomů a chráněny  před poškozením. Ale někdy celý chromozom  nebo jeho velká část náhle exploduje a roztrhá  se na desítky až stovky kousků, které se  následně chaoticky poskládají zpět.

Tento dramatický proces se jme nuje chromotripse (někdy též chromotripsie;  z řeckého thripsis = rozbití). Na rozdíl od  běžných mutací se chromotripse odehrává  naráz, jako genetické zemětřesení. Po ma sivním rozbití chromozomu nebo jeho části  se některé fragmenty opět spojí, zatímco  jiné se ztratí.

Během chromotripse se chromozom rozpadne a opět složí, jenomže dost chaoticky.

Upraveno podle Stephens P. J. et al.: Cell, 2011

Objev tohoto jevu¹⁾ týmem Petera Campbella z britského Wellcome Trust Sanger Institute v roce 2011 vědeckou komunitu šokoval, protože naboural dosavadní představu o tom, že změny v genomu probíhají pomalu  a postupně. 

Přesný mechanismus není zcela objasněn,  ale máme několik hypotéz. Za prvé může jít o chyby během mitózy: Někdy se chromozom „zasekne“ mimo jádro v tzv. mikrojádře, kde je špatně chráněn, a jeho DNA se může roztříštit. Druhou hypotézou je poškození DNA v důsledku stresu nebo ozáření. A konečně třetí představa je založena na kolapsu replikace. Během kopírování DNA může dojít ke zlomu a kaskádě chyb.

Chromotripse byla poprvé popsána u rakovinných buněk a dnes víme, že se vyskytuje v až 20–30 % solidních nádorů (např. v glioblastomech nebo osteosarkomech). Může vést k aktivaci onkogenů (např. skrze fúzi genů nebo vznik vícenásobných kopií), inaktivaci tumor-supresorových genů a genetické nestabilitě, která urychluje další mutace. U některých lidí chromotripse nastala již ve fázi embrya. Pokud výsledná změna neohrozila vývoj, může se projevit jako vrozená chromozomová přestavba nebo vývojová porucha.

Dopad na evoluci

U některých biologických druhů (např.  hlodavců nebo hmyzu) byly objeveny náhlé změny v uspořádání chromozomů, které připomínají chromotripsi. Biologové proto zkoumají, zda tento jev mohl hrát roli i v rychlém evolučním přeuspořádání genomů. Chromotripse zanechává v DNA specifický otisk. Jedná se o velké množství zlomů na jednom chromozomu nebo chromozomové oblasti, o střídání oblastí s normální a ztracenou kopií DNA (tzv. i), o chaotické uspořádání fragmentů, často bez jakékoli logiky. Moderní sekvenační technologie a bioinformatika umožňují tento otisk rozpoznat často i zpětně, např. u uložených nádorových vzorků.

Mikrojádra, malé membránové útvary poblíž hlavního jádra, vznikají při chybném průběhu mitózy. Jedna z hypotéz vysvětlujících chromotripsi říká, že pokud se v takovém mikrojádře ocitne chromozom, není dostatečně chráněn a může se rozpadnout.

Snímek Adam Karoutas, MPI of Immunobiology and Epigenetics

Chromotripse je dalším příkladem dokládajícím, že genom není statická kniha, ale že jde o dynamickou strukturu, která může za určitých okolností projít rychlou a radikální změnou. A přestože tyto události mohou vést k chorobám, v některých případech mohly přispět i k evolučním inovacím. Je připomínka toho, že i chaos má v biologii své místo a že z trosek může vzniknout něco zcela nového.