Grønlandshajens lange levetid skyldes generne

Grønlandshajen (Somniosus microcephalus) er sjældent set af mennesker og omgivet af mystik. Ikke mindst fordi den lever som undvigende beboer i dybet af det nordlige Atlanterhav og det arktiske hav og er verdens længstlevende hvirveldyr med en anslået levetid på omkring 400 år. Forskernes arbejde med at afkode dyrets genetiske sammensætning vil kaste nyt lys over de generelle mekanismer, der er involveret i dyrs alder og lang levetid.

 - "Grønlandshajens genom er et væsentligt skridt til at forstå de molekylære mekanismer for aldring i denne usædvanligt langlivede art," siger Steve Hoffmann, en beregningsbiolog ved Fritz Lipmann Institute on Aging (FLI) i Jena, Tyskland.

Forskerne forventer, at Grønlandshajens undersøgelse af genomet er afgørende for mange andre organismer.

 - "At udforske de genetiske fundamenter for den enorme mangfoldighed af levetid på tværs af livets træ giver et helt nyt perspektiv til at undersøge mekanismerne, der muliggør enestående lang levetid," forklarer Alessandro Cellerino, en neurobiolog ved FLI og Scuola Normale Superiore (SNS) i Pisa.

Kun få komplekse dyr kan overleve mennesker. Forbløffende eksempler er gigantiske skildpadder, som Jonathan, et 191 år gammelt eksemplar, der i øjeblikket bor på St. Helena. Alligevel blegner denne rekord sammenlignet med Grønlandshajen. Holdet af forskere ved FLI, Ruhr University Bochum, SNS og Marinbiologisk Sektion ved Københavns Universitet har i samarbejde med andre institutioner sekventeret denne ikoniske arts genom, og netop offentliggjort deres første resultater og gjort genomsekvensen tilgængelig.

Sammenhæng mellem DNA reparation og lang levetid

Indtil videre tyder dataene på, at Grønlandshajens værktøjskasse til at reparere dens DNA kan være en af ​​nøglerne til dens ekstreme levetid.

En af projektets tidlige udfordringer var hajens genomstørrelse. Med 6,5 milliarder basepar er Grønlandshajens genetiske kode dobbelt så lang som et menneskes, og den er den største blandt haj-genomsekvenser til dato.

 - "Der er kun nogle få dyr sekventeret indtil videre, som har et endnu større genom," siger Arne Sahm fra FLI, der er første forfatter på undersøgelsen, med henvisning til halepadden (axolotl) og en fornyligt offentliggjort lungefisk-genomundersøgelse.

Grønlandhajens store genom skyldes primært tilstedeværelsen af ​​gentagne og ofte selvreplikerende elementer i genomet. Sådanne ’transponerbare’ gener, også kaldet ’springende’ eller ’egoistiske’ gener er ofte betragtet som genomiske parasitter, - og de tegner sig for over 70% af Grønlandshajens genom.

Interessant nok bliver et højt gentagelsesindhold ofte betragtet som skadeligt, da springende gener kan ødelægge integriteten af ​​andre gener og reducere genomets samlede stabilitet.

For Grønlandshajens vedkommende ser det høje gentagelsesindhold dog ikke ud til at have begrænset dens levetid.

Tværtimod formoder forskerne, at omfanget af de ​​transponerbare elementer endda kan have bidraget til Grønlandshajens ekstreme levetid. Nogle gange kan andre mere funktionelt relevante gener "kapre" det molekylære maskineri kodet af transponerbare elementer for at formere sig. Holdet foreslår, at flere almindelige gener greb denne mulighed under Grønlandshajens udvikling. 

Overraskende nok er mange duplikerede gener involveret i at reparere DNA-skader.

- "I hver af vores celler skades DNA' tusindvis af gange hver dag, og specialiserede molekylære mekanismer reparerer det konstant," forklarer Cellerino.

Et bemærkelsesværdigt fund af komparative genomiske undersøgelser er, at langlivede pattedyrarter er usædvanligt effektive til at reparere deres DNA. Således indikerer holdets resultater, at DNA-reparation kan repræsentere en generel mekanisme, der ligger til grund for udviklingen af ​​exceptionel lang levetid. 

 - "Vi er fristet til at spekulere i, at udviklingen af ​​Grønlandshajen har fundet en måde at opveje de negative effekter af transponerbare elementer på DNA-stabiliteten - ved at kapre selve maskineriet af disse elementer," tilføjer Arne Sahm.

Forskerne er også ivrige efter at lære mere om de mekanismer, der styrer spredningen af ​​transponerbare elementer.

 - "Vi kan nu begynde at svare på, om afdæmpningen af ​​transponerbare elementer i Grønlandshajer er anderledes end hos andre arter," siger Helene Kretzmer fra Max Planck Instituttet for Molekylær Genetik.

Ændringer i Grønlandshajens reparationssystemer

Holdet fandt også en specifik ændring i proteinet p53 - også kendt som "genomets vogter". Påfaldende nok fungerer p53 som en kontrolhub, der reagerer på DNA-skader hos mennesker og i mange andre arter.

 - "Dette protein er muteret i omkring halvdelen af ​​alle menneskelige kræftformer og er den vigtigste tumorsupressor, vi kender. Derfor er det et essentielt gen for lang levetid,” siger Steve Hoffmann.

Der er imidlertid behov for yderligere undersøgelser for at vise, i hvilket omfang de observerede ændringer i kritiske gener (såsom p53 og molekylære veje, f.eks. duplikationer af DNA-reparationsgener eller ændringer i tumorsupressorer) bidrager til dyrenes exceptionelle levetid.

 - "Vores genomprojekt lægger op til flere uafhængige undersøgelser, der vil hjælpe os til bedre at forstå udviklingen af ​​denne bemærkelsesværdige art," understreger Paolo Domenici fra CNR - IBF Pisa.

 - "Dette er en af ​​grundene til, at vi besluttede at gøre genomet umiddelbart tilgængeligt for det videnskabelige samfund," tilføjer Alessandro Cellerino.

Grønlandshajens genom er nu tilgængeligt for alle

Genomsekvensen og de tilsvarende webressourcer leveret af forskerholdet gør det muligt for forskere over hele verden at analysere deres gener af interesse.

- ”Dette arbejde er en hjørnesten for en bedre forståelse af grundlaget for Grønlandshajens ekstreme fysiologi. Ydermere hjælper det os med at vurdere deres genomiske mangfoldighed og dermed bestandsstørrelsen af ​​denne sårbare art for første gang,” kommenterer John Fleng Steffensen fra Biologisk Institut, Københavns Universitet, som har studeret disse kæmpedyr i felten de sidste femten år.

Link to the English press release

Projektet ”Old and Cold: Biology of the Greenland shark” er støttet af blandt andre Carlsbergfondet, Forskningsrådet, Dansk Center for Havforskning, EuroFleets m.fl.