Tegorocznymi laureatami Nagrody Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny za odkrycie mikroRNA i jego roli w potranskrypcyjnej regulacji genów zostali Victor Ambros i Gary Ruvkun. Według prof. Pawła Krzesińskiego, odkrycie mikroRNA to jak pojawienie się nowego gracza w regulacji funkcji komórkowej. – To pokazało nam, że mamy nowe szanse, bo możemy oddziaływać na te cząsteczki mikroRNA, aby leczyć naszych pacjentów – przyznał badacz podczas spotkania organizowanego przez Centrum Współpracy i Dialogu Uniwersytetu Warszawskiego.
Victor Ambros i Gary Ruvkun odkryli mikroRNA, klasę maleńkich cząsteczek RNA. To przełomowe odkrycie ujawniło zupełnie nową zasadę regulacji genów, która okazała się niezbędna dla organizmów wielokomórkowych, w tym ludzi. Komórki i tkanki nie rozwijają się prawidłowo bez mikroRNA, a nieprawidłowa regulacja może przyczyniać się do wielu chorób, w tym chorób nowotworowych.
Laureaci Nagrody Nobla opublikowali wyniki swoich badań w 1993 r. Opisali w nich mikroRNA, „nową klasę cząsteczek RNA, które odgrywają kluczową rolę w regulacji genów, niezbędną dla całego rozwoju zwierząt i złożonego życia wielokomórkowego” — podała w uzasadnieniu Królewska Szwedzka Akademia Nauk.
Odkrycie MikroRNA
Victor R. Ambros w 1993 roku odkrył jednoniciowe, niekodujące białek cząsteczki regulatorowego RNA u nicienia Caenorhabditis elegans. Gary Bruce Ruvkun z kolei odkrył mechanizm, za pomocą którego lin-4, pierwszy mikroRNA (miRNA) odkryty przez Victora Ambrosa, reguluje translację docelowych informacyjnych RNA poprzez niedoskonałe parowanie zasad do tych celów. Ravkun odkrył też drugi miRNA (let-7) i ustalił, że jest on zachowany w całej filogenezie zwierząt.
Informacje przechowywane w naszych chromosomach można porównać do instrukcji obsługi wszystkich komórek w naszym ciele. Każda komórka zawiera te same chromosomy, czyli dokładnie ten sam zestaw genów i instrukcji. Jednak różne typy komórek, takie jak komórki mięśniowe i nerwowe, mają bardzo różne cechy. Skąd biorą się te różnice? Odpowiedź leży w regulacji genów, która pozwala każdej komórce wybierać odpowiednie instrukcje. To zapewnia, że tylko właściwy zestaw genów jest aktywny w każdym typie komórki.
MikroRNA okazało się być fundamentalne dla rozwoju i funkcjonowania organizmów. Badacze odkryli kluczowy mechanizm regulacyjny stosowanego w komórkach do kontrolowania aktywności genów. Informacje genetyczne przepływają z DNA do informacyjnego RNA (mRNA) poprzez proces zwany transkrypcją, a następnie do maszynerii komórkowej do produkcji białek. Tam mRNA są tłumaczone, tak aby białka były wytwarzane zgodnie z instrukcjami genetycznymi zapisanymi w DNA.
Od połowy XX wieku kilka najbardziej fundamentalnych odkryć naukowych wyjaśniło, jak działają te procesy. Nasze organy i tkanki składają się z wielu różnych typów komórek, wszystkie z identyczną informacją genetyczną zapisaną w ich DNA. Jednak te różne komórki wyrażają unikalne zestawy białek. Wszystko dzięki precyzyjnej regulacji aktywności genów, tak aby tylko właściwy zestaw genów był aktywny w każdym konkretnym typie komórek.
Nowe szanse
Komentując decyzje Królewskiej Szwedzkiej Akademii Nauk w centrum informacyjnym Tygodnia Noblowskiego Centrum Współpracy i Dialogu UW płk prof. dr hab. n. med. i n. o zdr. Paweł Krzesiński – Kierownik Kliniki Kardiologii
i Chorób Wewnętrznych WIM-PIB przyznał, że to odkrycie pokazuje, jak ważne jest zdobywanie wiedzy o świecie. – Świat jest zakryty pewną zasłoną, którą my sukcesywnie odsłaniamy i mikroRNA to jest taki nowy gracz, który pojawił się w regulacji funkcji komórkowej. Co pokazało nam, że mamy nowe szanse, bo możemy oddziaływać na te cząsteczki mikroRNA, aby leczyć naszych pacjentów. Szczęśliwie zdarzyło się, że te cząsteczki zostały odkryte, bo teraz po pierwsze możemy badać je jako markery pewnych chorób, zwłaszcza chorób nowotworowych. Ale nie tylko – między innymi chorób strukturalnych serca czy też zaburzeń innych organów. I – po drugie – mamy też możliwość wpływania na te cząsteczki, modyfikując pewne procesy. Są już np. na bardzo zaawansowanych etapach badań takie cząsteczki dla różnych chorób w zakresie wirusowego zapalenia wątroby typu C. Poprzez tego typu badania i dokonania ratujemy życie. Spodziewamy się, że te mikrocząsteczki RNA jako cele terapeutyczne, czy nawet tworzone sztucznie, będą w przyszłości narzędziem w naszych rękach w walce z chorobami – zaznaczył prof. Krzesiński .
– Bardzo się cieszę, że kolejny raz Nagroda Nobla przyznawana jest w dziedzinie szeroko pojętej biologii molekularnej. Tutaj mamy do czynienia z odkryciem pewnych bardzo krótkich, jeśli chodzi o sekwencję, maleńkich cząsteczek RNA, które, oddziałując z mRNA, regulują syntezę białka. Dla mnie jest to nagroda, w pewnym sensie, również z fizjologii. Pokazuje nam, jak bardzo mocno możemy regulować proces syntezy białek w komórce, który jest niezwykle ważny, bo od tego, jakie białka powstają, jak one są regulowane, zależą wszystkie procesy komórkowe – powiedziała dr hab. Magdalena Dziembowska z Wydziału Biologii UW.
Cząsteczki RNA w centrum uwagi
– Również bardzo się cieszę z tegorocznej Nagrody Nobla. Choć dla nas była ona dosyć zaskakująca, dlatego, że po raz kolejny w centrum uwagi są cząsteczki RNA. Mamy tutaj do czynienia tak naprawdę z bardzo podstawowym odkryciem. Dotyczy ono regulacji ekspresji genów, ale już na etapie, kiedy geny są przepisane na cząsteczki RNA. Jeżeli myślimy o RNA komórkowym, to w zasadzie myślimy głównie o cząsteczkach mRNA, czyli takich, które kodują białka. Natomiast trzeba sobie uświadomić, że większa część cząsteczek RNA, ponad 90 proc., to są RNA niekodujące, czyli takie, które albo uczestniczą w regulacji stabilności poziomu mRNA, albo też uczestniczą w odczytywaniu tej informacji z mRNA jako element strukturalny rybosomu czy jako cząsteczki, które dostarczają aminokwasy do rybosomów itd. Mamy więc tutaj do czynienia z odkryciem, które dotyczy pewnej klasy bardzo krótkich, jak już wspomniano, cząsteczek RNA, nazywanych mikroRNA, które po pewnym procesie obróbki, cięcia zostają dostarczone i hybrydyzują, stając się częściowo komplementarne do cząsteczek mRNA i w ten sposób, przyczepiając się do nich, regulują proces translacji lub stabilności tych cząsteczek – zaznaczył dr hab. Seweryn Mroczek również z Wydziału Biologii UW.
Według prof. Arkadiusza Lubasa z Wojskowego Instytutu Medycznego w Warszawie, mikroRNA zaczyna nabierać coraz większego znaczenia w medycynie. – Diagnozujemy, sprawdzamy i widzimy, że cząsteczki mikroRNA pojawiają się w różnej konstelacji w różnych chorobach. Także – być może – jakaś rola diagnostyczna tych cząsteczek będzie wykorzystana. Z drugiej strony wiemy, że skoro to mikroRNA modyfikuje nam ekspresję niektórych genów, możemy wpływać na tę ekspresję. Mamy układ endokrynologiczny, w którym jeden hormon odpowiada za wiele kwestii. Być może będzie tak, iż odkryjemy mechanizm konkretnej cząsteczki mikroRNA, która reguluje dane procesy i będziemy mogli ją zwiększać albo zmniejszać. Wiemy np., że niektóre cząsteczki mikroRNA biorą udział w przeroście mięśnia sercowego i niewydolności serca. Niektóre zaś spotykamy w zaburzeniach czynności nerek, kłębuszków nerkowych czy też cewek nerkowych. Również częściowo w chorobach neurodegeneracyjnych spotykamy różne stężenia tych cząsteczek mikroRNA. Niektóre są odpowiedzialne właśnie za rozwój chorób – np. Alzheimera czy Parkinsona. Możliwe, że modyfikacja ilości tych mikroRNA wpłynie na to, że tych chorób będzie mniej i będziemy mogli te choroby wyleczyć. Choć dopiero odkrywamy te cząsteczki, możliwe jest ich bardzo szerokie zastosowanie – podkreślił.
Źródło: I fot.: Centrum Współpracy i Dialogu Uniwersytetu Warszawskiego