Przystanek nauka - portal Uniwesytetu Śląskiego w Katowicach

W roku 2024 komitet noblowski zdecydował się nagrodzić dwóch naukowców za odkrycie fundamentalnej dla genetyki zasady, która określa w jaki sposób przebiega regulacja aktywności genów.

Zestaw chromosomów zawierających precyzyjną informację genetyczną – czyli instrukcję dla wszystkich aktywności leżących u podstaw funkcji życiowych – w każdej komórce jest dokładnie taki sam. Każda komórka jest genetycznie taka sama. Co więc sprawia, że jedna staje się budulcem mięśnia, a inna komórką nerwową? Przyczyną tego zróżnicowania jest regulacja genów. To właśnie ten proces sprawia, że każda komórka postępuje według konkretnej instrukcji i wykonuje dokładnie te zadania, które powinna. Regulacja genów to nic innego, jak aktywacja jednych a usypianie innych.

Victor Ambros i Gary Ruvkun, obaj związani z MIT i Uniwersytetem Harvarda, byli zainteresowani interesowali się tym, jak to się dzieje, że w jednolitym ciele rozwijają się różne typy komórek.  W swoich badaniach odkryli mikroRNA, nową klasę maleńkich cząsteczek RNA, które odgrywają kluczową rolę wregulacji genów. Ich przełomowe odkrycie ma szczególne znaczenie w rozumieniu rozwoju organizmów wielokomórkowych (w tym ludzi). Dziś wiadomo już, że ludzki genom koduje ponad tysiąc różnych mikroRNA, które na wiele sposobów kierują regulacją genomu.

Regulacja DNA

Mniej więcej od połowy dwudziestego wieku dobrze rozumiemy podstawy genetyki. Informacja genetyczna zapisana w DNA przepływa do informacyjnego RNA (messanger RNA, mRNA) w procesie zwanym transkrypcją. mRNA aktywuje komórki do produkcji białek, które są podstawą wszystkich procesów życiowych. Proces wydaje się jasny i czytelny, nie widać w nim jednak odpowiedzi na pytanie o zróżnicowanie organizmu. Komórki mięśni, komórki jelit i komórki nerwowe są wszystkie oparte na tej samej instrukcji DNA. Coś jednak sprawia, że tak bardzo się od siebie różnią. Co więcej, coś pilnuje, żeby transkrypcja zachodziła w sposób poprawny, bo przecież każdy błąd może nas doprowadzić do najpoważniejszych zagrożeń, takich jak nowotwór czy choroba autoimmunologiczna.

W latach 60-tych badawcze uważali, że za taką regulację odpowiedzialne są specjalnie przystosowane do tego białka. Dopiero seria artykułów naukowych Victora Ambrosa i Gary’ego Ruvkuna, opublikowana w 1993 roku w „Cell” i „Nature” doprowadziła do przełomu w tym myśleniu. W czasie swoich badań naukowcy natknęli się na wyjątkowo krótką, nie wykonują samodzielnej transkrypcji RNA, ale za to wprowadzone do komórki blokują produkcję konkretnego białka. Nowopoznane mikroRNA przedstawili jako właściwego regulatora genów.

Początkowo ich odkrycie spotkało się ze sporą rezerwą i zasadniczym milczeniem środowiska naukowego. Choć ustalenia wydawały się interesujące, to – poczynione w badaniach nad nicieniami – nie uważano, że mogłyby być istotne dla funkcjonowania bardziej złożonych organizmów. Dopiero publikacja zespołu Ruvkuna z 2000 zmieniła ogląd sytuacji, ponieważ tym razem przedstawiała działanie mikroRNA w genie let-7, który w przeciwieństwie do wcześniejszych, był rozpowszechniony w całym królestwie zwierząt. Artykuł wzbudził ogromne zainteresowanie i spowodował lawinę podobnych odkryć. Do teraz ustalono, że u człowieka występuje ponad 1000 genów jest związana z produkcją mikroRNA, a system regulacyjny mikroRNA jest uniwersalny dla istot wielokomórkowych.

Dziś wiemy już, że setki milionów lat ewolucji są ściśle związane z tym, jak działa mikroRNA – bez tego mechanizmu nie byłoby wielokomórkowych organizmów, które znamy. Jednocześnie rozumiemy coraz lepiej, że nieprawidłowości na poziomie mikroRNA są częstą przyczyną nowotworów i innych niebezpiecznych schorzeń.

Kluczowe publikacje:

Lee RC, Feinbaum RL, Ambros V. The C. elegans heterochronic gene lin-4 encodes small RNAs with antisense complementarity to lin-14. Cell. 1993;75(5):843-854. doi:10.1016/0092-8674(93)90529-y

Wightman B, Ha I, Ruvkun G. Posttranscriptional regulation of the heterochronic gene lin14 by lin-4 mediates temporal pattern formation in C. elegans. Cell. 1993;75(5):855-862. doi:10.1016/0092-8674(93)90530-4

Pasquinelli AE, Reinhart BJ, Slack F, Martindale MQ, Kurodak MI, Maller B, Hayward DC, Ball EE, Degnan B, Müller P, Spring J, Srinvasan A, Fishman M, Finnerty J, Corbo J, Levine M, Leahy P, Davidson E, Ruvkun G. Conservation of the sequence and temporal expression of let-7 heterochronic regulatory RNA. Nature. 2000;408(6808):86-89. doi:10.1038/35040556

Opracowano na podstawie informacji prasowej Komitetu Noblowskiego

https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2024/press-release/