Mały robak źródłem przełomowego odkrycia

Victor Ambros i Gary Ruvkun to tegoroczni laureaci Nagrody Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny. Amerykańskich naukowców wyróżniono za odkrycie cząsteczki mikroRNA i jej roli w potranskrypcyjnej regulacji genów – pisze Lidia Sulikowska.

Dzięki nagrodzonemu odkryciu poznaliśmy nową zasadę regulacji aktywności poszczególnych genów w komórkach. „Victor Ambros i Gary Ruvkun interesowali się tym, jak rozwijają się różne typy komórek. Odkryli mikroRNA, nową klasę maleńkich cząsteczek RNA, które odgrywają kluczową rolę w regulacji ekspresji genów. Ich przełomowe odkrycie ujawniło zupełnie nową zasadę regulacji genów, niezbędną dla organizmów wielokomórkowych, w tym ludzi. MikroRNA okazują się fundamentalnie ważne dla rozwoju i funkcjonowania organizmów” – czytamy w komunikacie prasowym Komitetu Noblowskiego.

MikroRNA odpowiada za to, że tylko właściwy zestaw genów jest aktywny w konkretnym typie komórki. Dzięki badaniom genetycznym wiemy, że komórki i tkanki nie rozwijają się prawidłowo bez tej cząsteczki. Z kolei nieprawidłowa regulacja przez mikroRNA może przyczyniać się do rozwoju nowotworów, a mutacje w genach kodujących mikroRNA stwierdzono u ludzi cierpiących m.in. na wrodzony ubytek słuchu, choroby oczu i układu kostnego. Mutacje w jednym z białek niezbędnych do produkcji mikroRNA prowadzą do DICER1, rzadkiego, ale ciężkiego zespołu związanego z rakiem w różnych narządach i tkankach.

Od lin-4 do let-7, czyli po nitce do kłębka

Jak doszło do odkrycia mikroRNA? Pod koniec lat 80. ubiegłego wieku Victor Ambros i Gary Ruvkun prowadzili badania z wykorzystaniem maleńkiego nicienia Caenorhabditis elegans. W wyniku badań nad zmutowanymi szczepami tych robaków, lin-4 i lin-14, odkryto nową zasadę regulacji aktywności genów przez wcześniej nieznany typ RNA, czyli mikroRNA. To właśnie u tego niepozornego robaka naukowcy zidentyfikowali cząsteczkę, która wpływała na rozwój C. elegans.

Wyniki badań opublikowano w 1993 r., ale nie wzbudziły one wielkiej sensacji. Uznano bowiem, że opisany mechanizm regulacji genów nie ma przełożenia na bardziej złożone organizmy. Sytuacja zmieniła się siedem lat później – po publikacji odkrycia grupy badawczej Gary’ego Ruvkuna dotyczącego innego mikroRNA (let-7), tym razem obecnego w całym królestwie zwierząt, w tym u ludzi.

Od tamtego czasu zainteresowanie mikroRNA ogromnie wzrosło. Doszło wręcz do eksplozji badań w tym temacie. Obecnie wiadomo, że genom człowieka koduje ponad tysiąc mikroRNA. Okazuje się, że regulacja genów za pomocą tej cząsteczki jest powszechna w wielokomórkowych organizmach. Więcej o odkryciu nagrodzonych naukowców można znaleźć w oficjalnym serwisie noblowskim.

– Odkrycie dotyczy regulacji ekspresji genów, ale już na etapie, kiedy geny są przepisane na cząsteczki RNA – tłumaczy dr hab. Seweryn Mroczek, prof. ucz. z Instytutu Genetyki i Biotechnologii Wydziału Biologii Uniwersytetu Warszawskiego. – Mamy więc do czynienia z odkryciem dotyczącym pewnej klasy bardzo krótkich cząsteczek RNA, nazywanych mikroRNA, które po pewnym procesie obróbki, cięcia, zostają dostarczone i hybrydyzują, stając się częściowo komplementarne do cząsteczek mRNA i w ten sposób przyczepiając się do nich, regulują proces translacji lub stabilności tych cząsteczek – dodaje dr hab. Seweryn Mroczek.

Dr hab. Magdalena Dziembowska z Instytutu Biologii Funkcjonalnej i Ekologii Wydziału Biologii Uniwersytetu Warszawskiego zwraca uwagę, że to nagroda za odkrycie, które pokazuje, jak mocno możemy regulować niezwykle ważny proces, jakim jest synteza białek w komórce.

Z laboratorium do praktyki klinicznej

Jaką rolę może odgrywać wiedza o mikroRNA w świecie medycyny? – Po pierwsze, możemy badać je jako markery pewnych chorób, zwłaszcza nowotworowych. Ale nie tylko, między innymi chorób strukturalnych serca czy też zaburzeń innych organów – mówi płk prof. Paweł Krzesiński, kierownik Kliniki Kardiologii i Chorób Wewnętrznych Wojskowego Instytutu Medycznego.

– Po drugie, mamy też możliwość wpływania na te cząsteczki, modyfikując pewne procesy. Są już np. na bardzo zaawansowanych etapach badań takie cząsteczki dla różnych chorób w zakresie wirusowego zapalenia wątroby typu C. Poprzez tego typu badania i dokonania ratujemy życie. Spodziewamy się, że mikrocząsteczki RNA jako cele terapeutyczne, czy nawet tworzone sztucznie, będą w przyszłości narzędziem w naszych rękach w walce z chorobami – dodaje prof. Paweł Krzesiński.

– Na razie nie ma terapii opartych na mikroRNA, ale według mnie to kwestia czasu, a potencjał jest ogromny. Jedno mikroRNA może wyłączyć ekspresję wiele różnych mRNA. Może to być postrzegane jako utrudnienie, brak specyficzności, ale moim zdaniem będzie mieć to rewolucyjne znaczenie w leczeniu chorób takich jak nowotwory, gdzie jeden „cel” zazwyczaj nie jest wystarczający dla skutecznej terapii – stwierdza dr hab. Magdalena Masłoń z Małopolskiego Centrum Biotechnologii Uniwersytetu Jagiellońskiego.

– Dla mnie jako naukowca praca Ambrosa i Ruvkuna to przede wszystkim dowód na to, że prowadzenie badań motywowanych ciekawością, zadawanie pytań, nawet niepopularnych, wbrew dogmie, może doprowadzić do odkryć, które zmienią bieg nauki i mogą wpłynąć na przyszłość ludzkości – dodaje Magdalena Masłoń w komentarzu opublikowanym na stronie internetowej UJ, dotyczącym tegorocznego werdyktu Komitetu Noblowskiego.

Temat bardzo rozwojowy

Badania nad mikroRNA prowadzi wielu naukowców na świecie, także w Polsce. Na przykład zespół Zakładu Biologii Medycznej (ZBM) Pomorskiego Uniwersytetu Medycznego w Szczecinie kierowany przez prof. Małgorzatę Milkiewicz od ponad 10 lat prowadzi badania mikroRNA w rzadkich chorobach wątroby.

Jak informuje PUM, w 2014 r. zespół we współpracy z Uniwersytetem Harvarda zdefiniował grupę kilkunastu mikroRNA o potencjalnym znaczeniu w rozwoju rzadkich chorób wątroby. Są one przedmiotem analiz. W tym samym Zakładzie realizowane są projekty prof. Agnieszki Kempińskiej-Podhorodeckiej na temat roli mikroRNA w indukowaniu stanu zapalnego i nowotworzenia w jelicie grubym pacjentów z pierwotnym stwardniającym zapaleniem dróg żółciowych (PSC).

Ekspresja różnych cząsteczek mikroRNA w różnych jednostkach chorobowych, m.in. z zakresu onkologii, kardiologii, okulistyki czy ginekologii, od wielu lat jest także w kręgu zainteresowań badaczy z Uniwersytetu Medycznego we Wrocławiu (UMW).

– Jedna z ciekawszych prac doktorskich, związanych z badaniem mikroRNA, dotyczyła nie drobnokomórkowego raka płuc. Po raz pierwszy udało się wskazać na istnienie mechanizmu znoszenia ekspresji określonego białka w komórkach tego raka z udziałem cząsteczek mikroRNA. Problem wymaga dalszych badań pozwalających na pełniejsze zrozumienie molekularnych podstaw rozwoju tej choroby, co w przyszłości może przyczynić się do rozwoju nowej terapii celowanej – informuje prof. Piotr Dzięgiel, prorektor ds. nauki Uniwersytetu Medycznego we Wrocławiu i kierownik Zakładu Histologii i Embriologii UMW, na stronie internetowej tej uczelni.

W skrócie:

• Victor Ambros urodził się w 1953 r. w Hanowerze w stanie New Hampshire (USA). Jest profesorem nauk przyrodniczych na University of Massachusetts Medical School w Worcester.
• Gary Ruvkun urodził się w 1952 r. w Berkeley w Kalifornii (USA). Jest profesorem genetyki w Massachusetts General Hospital i Harvard Medical School w Bostonie (USA).
• To już 36. raz w historii, kiedy nagroda Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny została podzielona pomiędzy dwóch laureatów. 40 razy była ona wręczana pojedynczym osobom, a 39 – podzielona pomiędzy trzy osoby.
• Dotychczas Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny przyznano: 115 razy (po raz pierwszy w 1901 r.), 229 osobom, w tym 13 kobietom. Najstarszy laureat miał 87 lat, a najmłodszy – 31 lat. Nikt nie otrzymał nagrody więcej niż raz dwa razy laureatami były małżeństwa.

Lidia Sulikowska