Je to akýsi návod na použitie. Tak experti opisujú informácie uložené v chromozómoch. Každá bunka v tele má rovnaké chromozómy, takže aj rovnakú sériu génov, a teda aj rovnakú sériu inštrukcií.
Existujú však rôzne typy buniek. Vedecké štúdie hovoria, že v ľudskom tele je ich približne dvesto rôznych typov. A každý má odlišné vlastnosti.
Ako tieto rozdiely vznikajú?
Túto otázku si kládli americkí vedci Victor Ambros a Gary Ruvkun. Pri bádaní objavili novú skupinu miniatúrnych RNA (ribonukleových kyselín, pozn. red.), ktoré hrajú pri regulácii génov kľúčovú úlohu.
V pondelok za tento objav získali Nobelovu cenu za fyziológiu alebo medicínu. Laureátov vybralo Nobelovo zhromaždenie Karolínskeho inštitútu v Štokholme, ich mená oznámil generálny tajomník zhromaždenia Thomas Perlmann. Ocenenie sa odovzdáva na základe poslednej vôle švédskeho chemika Alfreda Nobela.
"Hlavným prínosom tohto objavu je výrazné prehĺbenie nášho porozumenia základným bunkovým procesom. V porovnaní s minuloročnou Nobelovou cenou ide tentoraz o ocenenie, ktoré kladie dôraz na význam základného výskumu," komentuje udelenie ocenenia pre SME molekulárna biologička Lucia Ciglar z Rakúskeho technologického inštitútu.
"Tohtoroční laureáti túžili porozumieť genetike a vývoju malého červa - háďatka obyčajného. Ich cieľom nebolo vynájsť nový liek. Ako to však často býva, aj v tomto prípade objav, ktorý vzišiel zo základného výskumu, má obrovský potenciál v medicíne, keďže génová regulácia zohráva dôležitú úlohu pri vzniku alebo progresii mnohých chorôb," dodáva.
V nasledujúcom texte sa dočítate:
- Prečo Ambros a Ruvkun robili experimenty na háďatku obyčajnom.
- Akú funkciu má v ľudských bunkách mikroRNA a prečo je jej objav dôležitý.
- Čo sa v našom tele deje, keď bunky nemajú mikroRNA.
- Ako sa dajú mikroRNA využiť pri diagnostike chorôb.
Veľký objav na malom organizme
Victor Ambros a Gary Ruvkun boli koncom 80. rokov postdoktorandmi v laboratóriu nobelistu Roberta Horvitza. Študovali relatívne nenáročné, len jeden milimeter dlhé háďatko obyčajné (odborne Caenorhabditis elegans, pozn. red.).
Hoci ide o drobný organizmus, má pomerne mnoho špecializovaných typov buniek, napríklad nervové a svalové, ktoré sa nachádzajú aj v organizmoch väčších, zložitejších zvierat. Vďaka tomu je háďatko užitočný model na skúmanie toho, ako sa vyvíjajú a dozrievajú tkanivá v mnohobunkových organizmoch.
Ambrosa a Ruvkuna zaujímali gény, ktoré riadia načasovanie aktivácie rôznych genetických programov, čím zabezpečujú, že sa rôzne typy buniek vyvíjajú v správnom čase.
Zistili, že odpoveď spočíva v génovej regulácii, ktorá umožňuje, aby si každá bunka vybrala príslušné inštrukcie. Tento proces zabezpečuje, že v každom type bunky je aktívna iba tá správna séria génov.
Objavili miniatúrnu RNA
Počas bádania objavili Ambros a Ruvkun mikroRNA, novú triedu malých molekúl RNA, ktoré hrajú kľúčovú úlohu v génovej regulácii.
"MikroRNA sú jedným z typov takzvaných nekódujúcich RNA molekúl, ktoré na rozdiel od mRNA (mediátorová ribonukleová kyselina, pozn. red.) nie sú prepísané do bielkovín, ale plnia v bunke iné, zväčša regulačné funkcie," vysvetľuje Ciglar.
"Ide o krátke, jednovláknové RNA molekuly, dlhé zhruba iba 20 nukleotidov (základné stavebné jednotky nukleových kyselín, pozn. red.), ktoré sa dokážu naviazať na mRNA molekuly a zabrániť tým ich prekladu do bielkovín. Nachádzajú sa takmer vo všetkých eukaryotických, teda nielen ľudských bunkách," dodáva.
Prevratný objav odhalil úplne nový princíp génovej regulácie. Dokonca sa ukázalo, že je nevyhnutný pre mnohé mnohobunkové organizmy vrátane ľudí.
"Génová regulácia je veľmi zjednodušene povedané proces, ktorý kontroluje zapínanie a vypínanie génov, teda ich prepis z DNA do bielkovín. Tento proces prebieha prostredníctvom rôznych zložitých mechanizmov," objasňuje molekulárna biologička.
Jedným z nich sú mikroRNA, za ktoré bola tento rok udelená Nobelova cena.
"Tým, že sa dokážu naviazať na mRNA molekuly, zabránia ich prepisu do bielkovín a takéto mRNA molekuly budú z bunky odstránené. Kontrola nad tým, aké bielkoviny bunka vyrába, je nesmierne dôležitá pre udržanie správneho fungovania bunky aj celého organizmu. Bielkoviny plnia kľúčové funkcie, a preto je veľmi dôležité, aby bola ich produkcia v bunke presne regulovaná," hovorí Ciglar.
Dnes je už známe, že ľudský genóm kóduje viac ako tisíc mikroRNA, no prekvapivý objav amerických vedcov odhalil úplne nový rozmer, ako regulácia génov funguje. Ukázalo sa totiž, mikroRNA je zásadná pre vývoj a fungovanie organizmov.
Funguje už stovky miliónov rokov
Génová regulácia mikroRNA, ktorú odhalili americkí vedci, funguje už stovky miliónov rokov. Práve tento mechanizmus umožnil vývoj čoraz zložitejších organizmov.
Genetický výskum tiež ukázal, že bunky a tkanivá sa bez mikroRNA nevyvíjajú normálne. Abnormálna regulácia mikroRNA môže napríklad prispieť k rakovine. Okrem toho vedci zistili, že mutácie v ľudských génoch kódujúcich mikroRNA, spôsobujú viaceré zdravotné problémy: stratu sluchu, poruchy zraku a kostry.
Výsledkom mutácií v jednej z bielkovín, ktorá je potrebná na tvorbu mikroRNA, je aj syndróm DICER1. Ide o zriedkavú, ale závažnú diagnózu, ktorá je spojená s rakovinou v rôznych orgánoch a tkanivách.
Preto mnohé laboratória zacielili výskum na potlačenie mikroRNA alebo naopak, ich dodatočnú aplikáciu tam, kde chýbajú tak, aby obnovili normálnu funkciu buniek.
"Je dôležité poznamenať, že hoci sú tieto možnosti sľubné, v rutinnej praxi sme ešte pomerne ďaleko od takejto podoby ich využitia," upozorňuje Ciglar.
Za realistickejší cieľ považuje využitie mikroRNA v diagnostike. Podľa odborníkov by mohla slúžiť ako biomarker (ukazovateľ, pozn. red.) rôznych ochorení. Práve tomu sa vo svojom výskume venuje aj Ciglar.
"Zmeny v hladinách mikroRNA sú často spojené s patologickými procesmi, čo z nich robí sľubné nástroje pre včasnú detekciu a monitorovanie priebehu chorôb. MikroRNA navyše ponúkajú praktickú výhodu oproti mRNA v tom, že sú stabilnejšie a relatívne ľahko dostupné v telesných tekutinách," vysvetľuje.
Nikto neočakával, že Ambros a Ruvkun urobia u malého červa - háďatka obyčajného, taký významný objav. Odhalili nový rozmer regulácie génov, ktorý je nevyhnutný pre všetky zložité formy života.
Kto získal Nobelovu ceny za fyziológiu a medicínu v predchádzajúcich piatich rokoch?
- 2023: Objav modifikácií dusíkatých báz, ktoré umožnili vývoj účinných mRNA vakcín proti covidu-19 - Katalin Karikó a Drew Weissman.
- 2022: Objav genómov vyhynutých hominínov a ľudskej evolúcie- Svante Pääbo.
- 2021: Objav receptorov teploty a hmatu – David Julius a Ardem Patapoutian
- 2020: Objav vírusu hepatitídy C – Harvey J. Alter, Michael Houghton a Charles M. Rice
- 2019: Objav toho, ako sa bunky prispôsobujú vzhľadom na dostupnosť kyslíka – William G. Kaelin Jr, sir Peter J. Ratcliffe a Gregg L. Semenza
