Alapvető felismerés a génszabályozásban: génműködést serkentő mikroRNS-ek

Amerikai kutatók kimutatták: a mikroRNS-ek a génműködés fokozásával is hatással vannak a sejtben zajló molekuláris folyamatokra. A mikroRNS-ekről eddig úgy gondoltuk, csak a gének elcsendesítésével avatkoznak be a sejtműködésbe.

Robert Place és Long-Cheng Li (University of California) úgy vélik, felismerésük alapjaiban rengetheti meg az RNS-interferencia kutatási területét. A legtöbben mégis szkeptikusak az új felfedezéssel kapcsolatban. Phillip Sharp Nobel-díjas biológus szerint elképzelhető, hogy valóban létezik a mikroRNS-alapú génaktiválás, de az eddigi eredmények nem bizonyítják egyértelműen. Valódi bizonyosságot akkor kapnánk, ha a génaktiválás molekuláris hátterét is sikerülne tisztázni.

Az "RNS-ek forradalma" 1998-ban kezdődött. A kutatók elsőként egy fonálféreg, a Caenorhabditis elegans vizsgálatakor igazolták, hogy a szekvenciaspecifikus duplaszálú RNS-molekula akadályozni tudja egy adott fehérje képződését, tehát a duplaszálú RNS bevitele a sejtbe génelcsendesítést okoz. Ez az ún. RNS-interferencia jelensége, amelynek felfedezésért Andrew Z. Fire és Craig C. Mello amerikai kutatók tavaly megkapták a legrangosabb tudományos kitüntetést, az orvosi Nobel-díjat.

Az RNS-interenferencia felfedezése óta lassú szemléletváltás zajlik a molekuláris biológia területén. Szélesebb körben csak az ezredforduló táján tudatosult a kutatókban, hogy a több mint ötven évvel ezelőtt felfedezett DNS-molekula mellett a hozzá szerkezetileg igen hasonló RNS-nek is óriási szerepe van a sejtműködés irányításában. A hagyományos nézőpont szerint a sejt örökítőanyagát alkotó DNS kódolja a sejtműködés tervrajzát, a genetikai kód alapján képződnek a tervet végrehajtó fehérjék, az RNS-ről pedig úgy vélték, csupán egyszerű közvetítő szerepe van a folyamatban.

Mostanra már világossá vált, hogy az RNS-nek igenis fontos szerepe van a sejt örökítőanyagában tárolt információk értelmezésében is, más szóval a génműködés szabályozásában. Később beigazolódott, hogy ez a jelenség emlősökben is megfigyelhető. A génelcsendesítést irányító molekulák az ún. kis-RNS-ek, amelyek lehetnek ún. kis interferáló RNS-ek (siRNS) és ún. rövid hajtű RNS-ek (shRNS). A két egymáshoz nagyon hasonló, mégis némileg eltérő felépítésű RNS-típus egy RISC nevű molekuláris komplex közreműködésével indítja el a hosszabb hírvivő-RNS (mRNS) molekulák feldarabolását.

A részekre vagdosott hírvivő-RNS így már nem képes eredeti funkcióját ellátni, vagyis a fehérjék képződéséhez szükséges információt elszállítani a fehérjeszintézis helyére. A darabolást elindító kis-RNS molekulák specifikusan a hírvivő RNS-eket célozzák meg. A mechanizmus alapja, hogy a kis-RNS szekvenciája (vagyis az őt felépítő RNS-egységek, nukleotidok sorrendje) éppen tükörképe (komplementere) a megcélzott hírvivő RNS-nek. Ezáltal szekvenciaspecifikusan felismeri a hírvivő-RNS-t, és a helyszínre irányítja a darabolást végző RISC molekulakomplexet. Ez az RNS-interferencia lényege, amely végeredményben gátolja az adott gén működését. Mind az siRNS-eket, mind az shRNS-eket bevetették már olyan betegségek terápiájában, amelyeknél valamely gén túlműködése okozza a kórképet.

Később a kutatók felfedezték az ún. mikroRNS-eket (miRNS), amelyek az előbbihez hasonló molekuláris folyamatban fejtik ki hatásukat, ám a képződésükhöz szükséges információt a kis-RNS-ektől eltérően a sejt saját DNS-e hordozza. Az ember örökítőanyagában (a humán genomban) mintegy 500 mikroRNS-t fedeztek már fel. Ezek egy része, a kis-RNS-ekhez hasonlóan hírvivő RNS-ek feldarabolásáért felelős, a RISC molekulakomplex segítségével. Ám a legtöbb mikroRNS egészen más mechanizmuson keresztül nyomja el a megcélzott gén működését. Elfedheti a fehérjeképződés elindításához szükséges jelzést a hírvivő RNS-en, vagy valamilyen más módon megjelölve a molekulát, hozzájárulhat annak lebomlásához. E friss ismereteknek a birtokában kezdte meg Li 2004-ben, San Franciscoban, a Veterans Affair Medical Centerben, az RNS-ek vizsgálatát.

Li ebben az időben epigenetikával foglalkozott, vagyis a sejt örökítőanyagának olyan stabil módosulásait vizsgálta, amelyek a genomot felépítő egységek sorrendjének (szekvenciájának) megváltoztatása nélkül módosítják a DNS működését. Ennek egyik módja, hogy a DNS-re metilcsoportok kapcsolódnak (metiláció), és ennek következtében egyes gének működése gátlás alá kerül. Li olyan módszert keresett, amellyel vissza tudta fordítani a gének metilációját, amely rendellenes esetben akár daganatok kialakulásáért is felelős lehet.

Elsőként egy RNS-alapú technikával próbálkozott, amely növények esetében már működött, de állati sejtekre addig még nem alkalmazták. Olyan duplaszálú RNS-t használt, amely egy E-kadherin nevű tumorképződést gátló gén szabályozó régiójához tud kötődni. A duplaszálú RNS-t prosztatarákból származó sejtekhez adva vizsgálta, mi történik az E-kadherinnel. Csakhogy ez, a várakozásokkal ellentétben, nem a gén elcsendesítését okozta - az E-kadherin kifejeződése (expressziója) többszörösére fokozódott.

Li és munkatársai nem akartak hinni a szemüknek, ezért többször is megismételték a kísérleteket, de mindig ugyanazt az eredményt kapták. Sőt, két másik gén működését is fokozni tudták a duplaszálú RNS-ek segítségével az általuk vizsgált prosztatarák sejtekben. Forradalmian új eredményeiket több tudományos folyóiratban is megpróbaltak leközölni, de mindenhonnan elutasították őket, és a tudományos közösség szkepticizmussal fogadta 2005-ben egy konferencián tartott előadásukat. Nem tehettek mást, még mélyebben elkezdték vizsgálni az "RNS-alapú génaktiváció" molekuláris hátterét.