Важные лилипуты
Если вы посмотрите на количество обращений в Google, ДНК в шесть раз важнее, чем РНК. РНК, вероятно, значительно ускорилась в последние годы. И, вероятно, продолжит это делать. Потому что теперь кажется, что крошечные молекулы РНК участвуют в развитии рака.
РНКи, мРНК, рРНК, тРНК, ферменты РНК, киРНК, кшРНК, мяРНК, мяРНК, дцРНК, hpРНК, миРНК … Причудливые джунгли РНК всегда цветут. На самом деле все эти часто странные варианты рибонуклеиновой кислоты не только начинают расцветать, просто исследователи постепенно открывают их в молекулярной чаще наших клеток. Ваш последний экзотический сувенир называется микроРНК - сокращенно микроРНК.
МикроРНК намного меньше, чем известная мессенджер или мРНК. В то время как мРНК - промежуточные стадии на пути от гена к белку - состоят из цепочки из нескольких сотен или нескольких тысяч нуклеотидов, длина микроРНК в основном составляет от 21 до 25 нуклеотидов. Вот почему генетики открыли их так поздно. Однако до того, как исследователи нашли сами молекулы, они увидели феномен, связанный с тем, как они работают.
Потому что в начале 1990-х появилось все больше свидетельств того, что инъекция коротких нитей РНК в клетку может отключить там гены. А именно те гены, последовательность которых совпадает с последовательностью введенных РНК. Хотя механизм этого до сих пор оставался полной загадкой, молекулярные биологи быстро сделали этот метод, известный как РНК-интерференция (РНКи), одним из наиболее важных методов, обычно используемых в генетических лабораториях. С его помощью можно целенаправленно и без особых усилий выключить ген, точнее сказать, предотвратить построение белка.
Между тем знания о причинах РНК-интерференции увеличились. В клетках в основном имеется два ферментных аппарата, которые заботятся о вводимой РНК. Один обрезает их до нужной длины, следующий использует фрагменты РНК (миРНК), чтобы найти совпадающую мРНК путем спаривания оснований, а затем расщепляет ее. Интересно, какую роль эти генные нокауты, как их называют генетики, играют за пределами лаборатории в природе.
Поначалу считалось, что механизм РНК-интерференции предназначен исключительно для защиты от вирусов, потому что многие из этих клеточных пиратов наводняют своего хозяина большим количеством РНК при заражении. Но когда выяснилось, что короткие ингибиторные РНК не только поступают извне, но и что клетка несет в своем собственном геноме инструкции по построению таких siРНК - микроРНК, предположения начались снова.
В то время как микроРНК в настоящее время источают неиссякаемое очарование совершенно нового, генетики обнаруживают, что самодельные молекулы мини-ингибитора являются довольно первобытным явлением. Они уже обнаружены у растений и червей, а Томас Тушл из Университета Рокфеллера недавно [1] описал 150 различных микроРНК у рыбок данио, довольно примитивных позвоночных. Он разделил их на 87 семейств и путем сравнения геномов определил, что 81 из них также обнаружены у всех млекопитающих.
Первые подсказки относительно того, для чего всем этим организмам нужны таинственные маленькие молекулы, пришли от нематоды C. elegans. У нематод многие из них, по-видимому, влияют на процессы развития. Исследователи пришли к такому выводу, когда исследовали мутантов червей, лишенных определенных микроРНК. Затем некоторые клетки делились гораздо чаще, чем предусматривает план червя, который обычно реализуется с большой дисциплиной. И когда молекулярные биологи видят под микроскопом беспрепятственный рост и деление, они быстро подозревают, что это может быть как-то связано с раком.
(Приведенная выше схема ветвления иллюстрирует происхождение типов клеток, т. е. раковых клеток или нормальных клеток, кишечных клеток или нервных клеток, каждый образец отображается в отдельной колонке. Слева схема сходства различных микроРНК - частота для микроРНК может быть прочитана в строках. Синий цвет означает частое появление, красный означает более редкое появление.)
Довольно расплывчатое представление о связи между миРНК и образованием опухолей в настоящее время подкрепляется тремя независимыми исследованиями. Первый исходит от Массачусетского технологического института (MIT) в Бостоне [2]. Под руководством Тодда Голуба исследователи классифицировали 217 различных микроРНК из раковых клеток человека и нормальных тканей. Различные типы рака и типы клеток показали свой собственный уникальный профиль микроРНК. Производство микроРНК в раковых клетках снижено по сравнению с нормальными тканями. Это согласуется с более ранним наблюдением, что клетки раннего эмбриона, которые особенно охотно делятся подобно раковым клеткам, почти никогда не читают свой геном микроРНК, но чем ближе они развиваются к своему конечному состоянию дифференцировки, тем больше они включаются. и многое другое из этих генов.
Поскольку профиль микроРНК опухолевой клетки по-прежнему подобен профилю ткани, из которой она произошла, бостонские ученые надеются, что их метод позволит установить быструю и эффективную диагностику опухоли. Например, чтобы разоблачить ткань происхождения метастазов, вам потребуется всего лишь отсканировать 200 микроРНК, а это не в сто раз больше, чем количество мРНК, кодирующих белки.
Рабочая группа Грегори Хэннона из лаборатории Колд-Спринг-Харбор показала, что определенные микроРНК могут оказывать канцерогенное действие [3]. Исследователей интересовали хромосомные фрагменты, которые накапливаются в некоторых особенно быстро делящихся раковых образованиях. Фрагменты генетического материала обычно содержат гены, которые способствуют еще большему вырождению клеток. Так же обстоит дело и с определенным видом рака крови, при котором происходит накопление фрагментов 13-й хромосомы из-за нарушенного процесса клеточного деления. Ген-виновник этого фрагмента 13q31 теперь оказывается кластером из семи смежных микроРНК. Эффект этих злокачественных микроРНК заключается в том, что они предотвращают инициацию запрограммированной клеточной гибели, которую клетки обычно инициируют, когда определенные тревожные молекулы становятся преобладающими. Чтобы доказать эту гипотезу, исследователи вводили фрагменты 13q31 мышам и вызывали лейкемию с высокой частотой.
В третьем исследовании группа под руководством Джошуа Менделла из Университета Джона Хопкинса в Балтиморе [4] сообщила о шести генах микроРНК, которые находятся под контролем гена myc, который часто связывают с развитием рака, т.е. - называется онкогеном. Если этот онкоген дефектен, miRNAs также перестают правильно считываться. С разрушительными последствиями, поскольку как минимум два из них препятствуют выработке белка E2F1, ускоряющего цикл клеточного деления: E2F1 становится квазигиперактивным, после чего клетка теряет торможение деления.
Пол Мельцер из Исследовательского института генома человека США также поражен противоположными функциями микроРНК [5]: кажется, что они действовали как тормоз, а затем как ускоритель в раковой сети. Что касается их роли в нормальной клеточной активности, он задается вопросом, настраивают ли микроРНК другие гены больше как точный тюнер, или же они просто являются переключателями включения/выключения.
Для микроРНК, которые потенциально способствуют развитию опухоли, ученые, которые с удовольствием дают им названия, предлагают название онкомиР - по аналогии с онкогенами. Что добавит еще один вид в эксклюзивную коллекцию из RNA Wilderness.