Nobelovo nagrado za fiziologijo ali medicino za leto 2024 sta danes prejela Victor Ambros in Gary Ruvkun za prelomno odkritje mikroRNA, majhnih molekul, ki imajo ključno vlogo pri post-transkripcijski regulaciji genov. Njuno delo je razkrilo mehanizem, ki je ključen za uravnavanje delovanja genov, kar ima daljnosežne posledice za razumevanje delovanja naših teles in razvoj novih terapij.
Telo kot živahno mesto
Da bi razumeli, kaj to pomeni, si naše telo predstavljamo kot ogromno, živahno mesto. V tem mestu živi na milijarde prebivalcev oziroma celic, ki opravljajo najrazličnejše naloge. Nekatere gradijo hiše (tkiva), druge prevažajo blago (kri), spet tretje skrbijo za red in varnost (imunski sistem). Da bi vse te celice pravilno delovale, potrebujejo natančna navodila. Ta navodila pa so shranjena v naših genih, ki jih lahko primerjamo z obsežno knjižnico, polno načrtov in receptov.
Vsaka celica v našem telesu ima kopijo celotne knjižnice, vendar ne potrebuje vseh informacij hkrati. Ko želi celica ustvariti določeno beljakovino, poišče ustrezen “recept” v svoji knjižnici in ga uporabi. Vendar pa je pomembno, da se celice ne zmedejo in ne začnejo proizvajati napačnih beljakovin. Tukaj pridejo na pomoč molekule mikroRNA.
Majhne molekule z velikim vplivom
MikroRNA so kot majhni, a zelo pomembni uradniki v našem mestu. Njihova naloga je nadzorovati, kateri “recepti” se bodo uporabljali in v kakšni meri. Lahko si jih predstavljamo kot nalepke, ki se pritrdijo na določene gene in jim s tem preprečijo, da bi jih lahko “brali”. Včasih mikroRNA gene popolnoma blokirajo, včasih pa le zmanjšajo njihovo aktivnost.
S takšnim mehanizmom nadzora mikroRNA omogočajo, da se celice specializirajo in opravljajo svoje posebne naloge. Na primer, mišične celice potrebujejo drugačne beljakovine kot živčne celice. MikroRNA tako poskrbijo, da dobi vsaka celica ustrezna navodila in proizvaja le tiste beljakovine, ki jih potrebuje. Poleg tega igrajo mikroRNA pomembno vlogo tudi pri razvoju organizma. Med razvojem zarodka se celice nenehno delijo in specializirajo. MikroRNA pomagajo usmerjati ta proces in zagotavljajo, da se organi in tkiva pravilno razvijejo.
Odkritje mikroRNA je bilo prelomno, saj je razkrilo povsem nov mehanizem regulacije genov. Pred tem so znanstveniki poznali le nekaj načinov, kako se geni vklopijo in izklopijo. MikroRNA pa so pokazale, da je regulacija genov veliko bolj kompleksna in da obstajajo še drugi, prej neznani mehanizmi.
Od gliste do revolucije v genetiki
Odkritje mikroRNA je bilo rezultat vztrajnega dela in srečnega naključja. V poznih osemdesetih letih prejšnjega stoletja sta Victor Ambros in Gary Ruvkun, oba podoktorska raziskovalca v laboratoriju Roberta Horvitz-a (Nobelovega nagrajenca za fiziologijo ali medicino leta 2002), preučevala gene, ki nadzorujejo razvoj gliste Caenorhabditis elegans.
Oba sta se osredotočila na gene, ki uravnavajo razvoj ličink. Ambros je preučeval mutacijo gena lin-4, ki je povzročila prezgodnji razvoj ličink v odrasle gliste. Ruvkun pa je raziskoval mutacijo v genu lin-14, ki je imela nasproten učinek – ličinke so se razvijale počasneje.
Po končanem podoktorskem raziskovanju je Ambros v svojem laboratoriju na Univerzi Harvard analiziral gen lin-4 in odkril, da proizvaja nenavadno kratko molekulo RNA, ki ne kodira beljakovin. To je bilo presenetljivo, saj je bilo do takrat znano, da RNA služi predvsem kot prenašalec informacij iz DNA za sintezo beljakovin.
Medtem je Ruvkun v svojem laboratoriju v Splošni bolnišnici Massachusetts in na Medicinski fakulteti Harvard raziskoval regulacijo gena lin-14. Ugotovil je, da lin-4 ne zavira nastajanja mRNA iz lin-14, temveč deluje na poznejši stopnji, pri sintezi beljakovin.
Prelomni trenutek
Ključni korak k odkritju mikroRNA se je zgodil, ko sta Ambros in Ruvkun primerjala svoja spoznanja. 11. junija 1992 zvečer sta si izmenjala podatke in oba hkrati opazila, da se zaporedje lin-4 RNA ujema z delom zaporedja lin-14 mRNA. To ju je pripeljalo do hipoteze, da se lin-4 RNA veže na lin-14 mRNA in s tem preprečuje sintezo beljakovine lin-14.
Nadaljnje raziskave so potrdile to hipotezo. Ambros in Ruvkun sta dokazala, da lin-4 RNA dejansko deluje kot regulator gena lin-14. S tem sta odkrila nov mehanizem regulacije genov, ki ga posredujejo mikroRNA.
Tako sta Ambros in Ruvkun odkrila mikroRNA, povsem novo vrsto RNA, ki ima ključno vlogo pri regulaciji genov. Spoznanje je bilo prelomno, saj je razkrilo nov mehanizem, s katerim celice nadzorujejo aktivnost svojih genov. Pokazalo je, da so RNA molekule veliko bolj vsestranske, kot so si znanstveniki prej mislili. MikroRNA so se izkazale za ključne regulatorje izražanja genov in igrajo pomembno vlogo pri številnih bioloških procesih.
MikroRNA v evoluciji in medicini
V človeškem genomu so do sedaj odkrili že več kot tisoč genov, ki kodirajo različne mikroRNA. Te sodelujejo pri regulaciji številnih genov in s tem vplivajo na različne procese v celici. Nekatere mikroRNA so se ohranile skozi evolucijo in so prisotne pri večceličnih organizmih, druge pa so specifične za določene vrste, kar kaže na njihovo prilagodljivost in ključno vlogo v različnih bioloških procesih.
MikroRNA so majhne molekule z velikim pomenom za delovanje telesa. So ključni regulatorji genov in imajo pomembno vlogo pri razvoju in delovanju našega telesa. Njihovo odkritje je odprlo povsem novo področje raziskav in ima ogromen potencial za razvoj novih zdravil.
MikroRNA sodelujejo pri številnih procesih v telesu, vključno z imunskim odzivom in delovanjem živčnega sistema. Raziskovalci upajo, da bodo v prihodnosti lahko uporabili mikroRNA za zdravljenje različnih bolezni. Na primer, z umetnim vplivanjem na mikroRNA bi lahko blokirali rast rakavih celic ali spodbudili regeneracijo poškodovanih tkiv.
Prelomno odkritje iz radovednosti
Revolucija v razumevanju delovanja genov se je začela z radovednostjo dveh znanstvenikov, ki sta želela razumeti, kako se razvija nek droben črv. To je znava čudovit primer, kako lahko na prvi pogled povsem nekoristne raziskave pripeljejo do nepričakovanih in daljnosežnih odkritij.
Njuno delo je dokaz, kako lahko radovednost in vztrajnost vodita do odkritij, ki korenito spremenijo razumevanje življenja in odpirajo nove možnosti za zdravljenje bolezni. Raziskave mikroRNA obetajo preboj pri razvoju novih terapevtskih pristopov, še posebej pri raku in nevrodegenerativnih boleznih.
Viri
- The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2024. NobelPrize.Org.
- Letošnja nobelovca odkrila molekulo, ki ustavlja prekomerno delovanje genov. Pogovor Iztoka Konca z genetičarko dr. Luco Lovrečić na Prvi program Radia Slovenija.
