RNR nutildymas: kaip sustabdyti geną jo nepanaikinant

Truputis pagrindų

Pagrindiniai ląstelės darbininkai yra baltymai – jie dalyvauja įvairiose ląstelės medžiagų apykaitai svarbiose reakcijose, sudaro nemažai vidinių struktūrų, perduoda kai kuriuos signalus ląstelės viduje, perneša medžiagas iš arba į ląstelę bei atlieka visą eilę kitų funkcijų.

Visa svarbiausia ląstelės informacija yra saugoma genome – vienoje ar keliose skirtingose dvigrandėse DNR molekulėse (priklausomai nuo organizmo).

Šias DNR molekules galime suprasti kaip kelis originalius ląstelės taisyklių tomus, saugančius labai svarbią ląstelei informaciją (kaip gyventi, ką daryti), tačiau jose dauguma „taisyklių“ yra parašytos tik po vieną kartą, t. y., visoje ląstelėje egzistuoja tik viena „taisyklės“ kopija.

Tuo tarpu ląstelėje darbuojasi apie 2 milijardus baltymų, kurių kiekvieną minutę pagaminami keli tūkstančiai pagal genominėje DNR molekulėje užrašytą tinkamą „taisyklę“ (geną) ir kurių visų veiksmai yra taip pat reguliuojami pagal genominės DNR „taisykles“.

Akivaizdu, kad ląstelėje tarp DNR ir baltymų turi egzistuoti tarpininkai. Pasiuntinukų funkciją čia atlieka RNR molekulės. Mažiau patvarios nei DNR, RNR molekulės tarnauja kaip taisyklių nuorašai: tam tikra viena „taisyklė“ yra nurašoma RNR molekulės pavidalu keliomis kopijomis, o jau pagal šias RNR molekules yra sintetinami baltymai. Yra ir kitų tipų bei paskirčių RNR: vienos jų atlieka reguliacines funkcijas, kitos, panašiai kaip baltymai, aktyviai dalyvauja kai kuriuose ląstelės procesuose.

DNR ir RNR sekos yra sudarytos iš vos keturių pagrindinių nukleotidų: A, G, T (RNR atveju U) ir C. Šias keturias „raides“ iš eilės galima jungti į bet kokį „sakinį-taisyklę“.

Ląstelėse yra įprasta, kad DNR yra sudaryta iš dviejų grandinių: nuo vienos grandinės galima perskaityti „taisyklę“ (yra baltymams reikalingi „skyrybos ženklai“ geno pradžioje ir pabaigoje, o kartais ir geno viduje), o antra grandinė yra svarbi apsaugoti pirmąją nuo pažeidimų.

Antrosios grandinės seka nėra atsitiktinė, jinai atitinka pirmąją kaip dėlionės detalės (priešais A turi būti T, priešais G – C) ir jos pagrindu ląstelė gali išsitaisyti mutaciją pirmojoje grandinėje. Tokios dvi viena kitą atitinkančios grandinės yra vadinamos komplementariomis.

RNR taip pat geba sudaryti dvigrandes struktūras analogišku principu, tačiau dauguma įprastų ląstelės RNR molekulių būna viengrandės, nes dėl jų trumpo „galiojimo laiko“ joms papildoma apsauga ir patikra nėra svarbi.

RNR nutildymas

2006 m. Nobelio premija fiziologijos ir medicinos srityje buvo paskirta A. Fire ir C. Mello už RNR nutildymo atradimą. Tai natūraliai ląstelėse vykstantis procesas, kurio metu visų pirma specialūs baltymai atpažįstą mažą dvigrandę RNR ir ją išardo, perduodami specialiam baltymų kompleksui tik vieną RNR grandinę. Ši surišta trumpa RNR tuomet gali susijungti su komplementariomis ląstelės RNR molekulėmis, susidarant vėlgi dvigrandei RNR.

Vieni baltymai tokią surištą dvigrandę RNR perkerpa, taip sunaikindami atitinkamą seką turinčią ląstelės RNR, kiti laiko ją surišę, neleisdami prie jos prieiti kitiems ląstelės komponentams, taip neleisdami šiai RNR veikti.

Abiem atvejais surišta ląstelės RNR nebegali atlikti savo funkcijos – yra nutildoma mažosios RNR. Kadangi ląstelės RNR „auka“ pasirenkama pagal jos nukleotidų („raidžių“) seką, tokiu būdu yra nutildomos tik vieno tipo (ar vos kelių panašių tipų) ląstelės RNR molekulės.

Šiuo atrastu natūraliu procesu netruko pasinaudoti mokslininkai. Mažiems organizmams ar ląstelių kultūroms patiekdami sukonstruotas specialias mažas dvigrandes RNR, mokslininkai ištyrė, kas atsitinka šiems organizmams nutildžius vieną ar kitą jų ląstelių RNR, nešančią informaciją apie baltymo gamybą. Tokių tyrimų dėka buvo sužinota, kurie baltymai yra svarbūs vieniems ar kitiems procesams: vystymuisi ar senėjimui, infekcijai ar vėžėjimui, kt.

Jais remdamiesi kai kurie mokslininkai pasirinkdavo baltymus detaliems tyrimams, tikintis surasti vaistus, veikiančius pasirinktus procesus (pvz., vėžio ligos vystymąsi).

Tokiu būdu buvo surasti ir jau naudojami vaistai nuo tuberkuliozės ir visa eilė įvairios paskirties vaistų, su kuriais šiuo metu yra vykdomi klinikiniai tyrimai.

Bandoma vaistais paversti ir pačias trumpas dvigrandes RNR, kurios galėtų nutildyti žalingus genus. Tam tenka nemažai padirbėti pakuojant šias RNR į kapsules, kurios atsidarytų tik reikiamose ląstelėse – kitu atveju RNR kraujyje arba skrandyje yra akimirksniu sudegraduojama.

Šiuo metu aktyviai vykdomi klinikiniai tyrimai, kuriuose tokiomis RNR bandoma gydyti tokias kepenų ligas kaip hepatitas B.

Be to, RNR nutildymo technologija yra naudojama biotechnologijos pramonėje, išvedant specialias augalų linijas. Taip sukuriami augalai, atsparūs parazitams bei virusams, turintys mažiau toksinų, gaminantys daugiau maistinių medžiagų arba tiesiog turintys gražesnius lapų ar žiedų raštus, spalvas.

Keisti DNR ar RNR?

Daugiau besidomėję genomo redagavimu veikiausiai atkreipė dėmesį, kad nemažai sričių, kuriose yra bandoma taikyti genų redagavimą ir RNR nutildymą, persidengia tarpusavyje.