RNR nutildymas: kaip sustabdyti geną jo nepanaikinant

Esminis skirtumas tarp šių dviejų technologijų – efekto stiprumas ir paveldimumas. Genų redagavimo metu yra keičiama genominės DNR seka, tad pakeitimai ląstelėje ir jos palikuonyse lieka visam laikui. Tai yra labai tinkamas būdas paveldimoms ligoms gydyti – toms, kurios atsiranda dėl esamų klaidų genominėje DNR (pvz., I tipo diabetas, Hantingtono liga).

Toks DNR sekos pakeitimas taip pat pasižymi pilnu tikslinio baltymo panaikinimu ląstelėje: ištrynus reikiamą „taisyklę“ genominėje DNR, ląstelė nebežino kaip pagaminti atitinkamą baltymą. Tai yra palanku norint pilnai atsisakyti, pavyzdžiui, toksiško baltymo augalų linijoje.

Tačiau kai kuriais atvejais ląstelės išgyvenimui gali būti svarbu, kad būtų bent nedidelis kiekis baltymo, kurio norima atsisakyti. Tokiu atveju tinka RNR nutildymas, kurį vykdant yra panaikinama didelė dalis (tačiau ne visos) informaciją apie tą baltymą nešančių RNR. Taip ląstelėje šis baltymas yra gaminamas, tačiau palyginti mažais kiekiais. Dėl šios priežasties RNR nutildymas labiau tinka ir patikrinti, kaip ląsteles paveiktų potencialus vaistas, slopinantis pasirinktą baltymą.

Be to, šis metodas leidžia sumažinti pasirinkto baltymo kiekį norimu metu, prieš tai leidžiant ląstelėms išsivystyti.

Taip pat ši technologija yra tinkamesnė gydyti infekcijoms ir ūminėms ligoms, pavyzdžiui, viruso baltymų RNR nutildyti.

Tad nors RNR nutildymo ir genų redagavimo technologijos taikomos artimose srityse, abu šie metodai turi savo paskirtis.

Kitokie RNR nutildymo būdai

Tiesa, aprašytas RNR nutildymas taip pat turi trūkumų. Viena, neretai augaluose ir žinduoliuose jis sukelia ne laikiną efektą, o ilgalaikį, kuomet pateikta mažoji RNR yra įtraukiama į tam tikrus kitus ląstelės procesus.

Nors tai yra tinkamas būdas sukurti stabilioms augalų linijoms, tačiau ne visada tinka tyrimams ar taikymams, kuriuose reikia laikino poveikio.

Antra, panašu, kad RNR nutildymas pasižymi gana dažnais šalutiniais poveikiais ir kai kurios mažos RNR gali nutildyti visą eilę papildomų RNR.

Be to, RNR nutildymas veikia daugiausiai ląstelės citoplazmoje, tad juo sunku paveikti tas ląstelės RNR, kurios veikia branduolyje.

Šias problemas gali išspręsti kiek naujesni RNR nutildymo metodai, paremti CRISPR-Cas sistemomis.

Dabartiniais duomenimis, CRISPR-Cas sistemų baltymai pasižymi kur kas mažesniu pašaliniu poveikiu, be to, juos galima nukreipti į ląstelės branduolį.

Yra dvi tokio pobūdžio strategijos. Vienoje jų yra pasitelkiamas modifikuotas Cas9 baltymas, kuriuo pagrįsta pastaraisiais metais plačiai aptariama genomo redagavimo technologija.

Baltymas yra modifikuotas taip, kad negalėtų kirpti DNR, tačiau vis dar galėtų prie jos prisijungti saugiai baltyme surištos mažos RNR dėka.

Toks modifikuotas Cas9 gali būti nukreipiamas į geno pradžią, kur jis neleistų prieiti baltymams, norintiems nurašyti RNR. Tokį Cas9 taip pat galima „išjungti“ norimu laiku pridedant medžiagos, neleidžiančios jam jungtis prie DNR.

Kita alternatyva – naudoti baltymų ir RNR kompleksą, vadinamą Csm arba Cmr. Šis baltymų kompleksas jungiasi tiesiai su tam tikrą seką turinčia ląstelės RNR ir ją sukarpo.

Į komplekso sudėtį įeina maža RNR, kurios seką galime keisti; su ląstelės RNR-taikiniu ši maža RNR sudaro dvigrandę struktūrą, taip atpažindama tik tam tikrą seką turinčias RNR.

Prie šios technologijos suradimo prisidėjo ir Vilniaus universiteto Biotechnologijos instituto mokslininkų grupelė, vadovaujama dr. Gintauto Tamulaičio ir prof. dr. Virginijaus Šikšnio.

Šį kompleksą galima būtų panaudoti RNR sukarpymui ląstelėse kaip alternatyvą RNR nutildymui, o šiek tiek jį pakeitus – ir pasirinktos RNR vizualizacijai ląstelėje, su pasirinkta ląstelės RNR sąveikaujančių baltymų nustatymui ar įvairių veiksnių atvedimui prie RNR, taip didinant jų poveikį pasirinktai RNR molekulei.

Miglė Kazlauskienė

Naudota literatūra:

1. R. Milo. 2013. Bioessays, 35, 1050.
2. R. S. Kamath ir kt. 2003. Nature, 421, 231.
3. L. M. Cullen, G. M. Arndt. 2005. Immunol Cell Biol, 83, 217.
4. A. Karlas ir kt. 2010. Nature, 463, 818.
5. S. E. Mohr, N. Perrimon. 2012. Wiley Interdiscip Rev RNA, 3, 145.
6. O. Perwitasari ir kt. 2013. Pharmaceuticals (Basel), 6, 124.
7. J. H. Sherman ir kt. 2015. Regul Toxicol Pharmacol, 73, 671.
8. M. Boettcher, M. T. McManus. 2015. Mol Cell, 58, 575.
9. U. Unniyampurath ir kt. 2016. Int J Mol Sci, 17, 291.
10. H. Kawasaki, K. Taira. 2004. Nature, 431, 211.
11. L. S. Qi ir kt. 2013. Cell, 152, 1173.
12. B. J. Rauch ir kt. 2016. Cell.
13. G. Tamulaitis ir kt. 2014. Mol Cell, 56, 506.