A B-globin géncsalád

Az emberi genom körülbelül 3 milliárd bázispárból áll. Egészen a közelmúltig a tudósok azt jósolták, hogy ez a nagy mennyiségű DNS közel 100 000 különböző gént kódol; most azonban, hogy a teljes emberi genom szekvenálása majdnem teljes, ez a szám mindössze 30 000 génre csökkent. Valójában a genom alapos elemzése kimutatta, hogy a genom jóval több mint 90 százaléka nem funkcionális DNS-ből áll.

A fennmaradó funkcionális DNS-ből a fehérjéket kódoló gének 25-50 százaléka csak egyszer található meg a haploid genomban, és ezeket szoliter géneknek nevezik. Gyakran előfordul, hogy egy adott gént körülvevő DNS olyan szekvenciákat tartalmaz, amelyek a gén közeli, de nem azonos másolatai. Ezek a többszörös másolatok feltehetően duplikáció és divergencia eredménye. Ez az a folyamat, amelynek során egy gén először megkettőződik, majd szelekciós nyomás hatására olyan génné mutálódik, amely szekvenciájában hasonló, de nem azonos az ősi génjével. Ennek a folyamatnak az egyik ilyen példája a béta-globin géncsalád kialakulása. Miután a különböző fajokból származó globincsalád génjeit szekvenálták, kialakult egy evolúciós fa, amely megjósolta a globin géncsalád kialakulását. A javasolt fa az alábbiakban látható, és a gének eltérését szemlélteti a növényekben található leghemoglobintól az állatokban található hemoglobinig és mioglobinig. Minden egyes elágazási ponton a gén megkettőződött, majd egy új, de hasonló génné mutálódott. Például a történelem egy pontján a közös ős gén először duplikáción ment keresztül. Az így keletkezett két példány aztán különböző módon mutálódott; az egyikből lábhemoglobin, a másikból rovarhemoglobin keletkezett.

1. ábra: A globin családfa ábrája (Lodish et.al.,2000)

A hasonló, de nem azonos aminosav-szekvenciájú fehérjéket kódoló duplikált gének összességét géncsaládnak nevezzük (Lodish et.al., 2000). Számos különböző funkciójú géncsaládot azonosítottak. Például egy funkcionális hemoglobin molekula kialakításához két ilyen géncsalád termékeinek felhasználására van szükség, két b -globin családba tartozó polipeptid két a -globin családba tartozó polipeptiddel és négy kis hemcsoporttal való kombinálásával. A 11. kromoszómán található béta-globin géncsalád az alábbi ábrán látható, és öt funkcionális génből (kék dobozok) és két pszeudogénből (átlós vonalak) áll.

2. ábra: A béta-globin géncsalád a 11. kromoszómán (Lodish et.al., 2000)

Az e különböző gének által kódolt összes hemoglobin feladata az oxigén szállítása a vérben; azonban minden gén sajátos eltéréseket mutat a funkciójában. Például az epsilon globin gén normálisan az embrionális sárgatestben fejeződik ki, míg az Ag és Gg gének csak a magzati fejlődés során fejeződnek ki. Ezeknek a hemoglobinfehérjéknek nagyobb az oxigénhez való kötődési affinitása, mint a b és d gének által kódolt felnőtt hemoglobinoknak. Ez a fokozott kötődés teszi lehetővé, hogy a magzat sikeresen kivonja az oxigént a vérből anélkül, hogy versenyezne az anyával. A felnőtt hemoglobinnak alacsonyabb az oxigén-affinitása, ami lehetővé teszi az oxigén jobb felszabadulását a szövetekbe, különösen az izmokba.

A globin géncsalád két régiója nem funkcionális szekvenciákat tartalmaz, amelyeket pszeudogéneknek neveznek (átlós vonalú dobozok). Ezek a gének hasonlítanak funkcionális globingén társaikhoz, de az evolúció során bekövetkezett szekvenciaváltozások miatt már nem íródnak át mRNS-be.

A hemoglobinmolekula egyik alegységét kódoló gének egyikében már egy kis változás is katasztrofális következményekkel járhat. Ez a laboratórium két olyan betegségre összpontosít, amelyek a béta-globin gén különböző mutációiból erednek.