«МикроРНК необходима многоклеточным организмам, включая людей. Она принципиально важна для развития и функционирования организмов», — сообщается на сайте Нобелевского комитета.
Работы Эмброса и Равкана восходят к 1980-м ― тогда они работали постдоками в лаборатории нобелевского лауреата Роберта Хорвица (получил премию в 2002 году за исследование генетической регуляции апоптоза — запрограммированной гибели клетки ― прим. ред.). Молодые ученые исследовали неприметного червя-нематоду C. elegans — его ткани практически идентичны с тканями млекопитающих, поэтому он идеально подходит для изучения развития многоклеточных организмов. В частности, Эмброс и Равкан изучали мутантных особей C. elegans, у которых была нарушена экспрессия гена lin-14. Ученые хотели выяснить, как именно «выключаются» гены, ответственные за превращение стволовых клеток в клетки тканей. Благодаря этому процессу, в том числе, из одной оплодотворенной клетки возникает функциональный многоклеточный организм.
После постдокторантуры оба ученых продолжили изучать ген lin-14 и независимо друг от друга открыли, что за его регуляцию отвечают короткие цепочки РНК. Дело в том, что гены проявляют свою активность через другой вид РНК — матричные. После синтеза на матрице ДНК они покидают ядро клетки и сами становятся матрицей для синтеза белков, которые участвуют практически во всех процессах живого организма. Таким образом закодированная в ДНК информация приобретает физическое и функциональное воплощение. В конце прошлого века считали, что регуляция генов может происходит только на уровне транскрипции (то есть синтеза матричной РНК). Но, как оказалось, подавление генов возможно и после нее.
Виктор Эмброс и Гэри Равкан. Фото: Niklas Elmehed / Nobel Prize Outreach / www.nobelprize.org
В частности, микроРНК способны связываться с матричными РНК (это явление называется РНК-интерференцией — прим. ред.), из-за чего закодированные в них белки не способны синтезироваться. Примечательно, что сами микроРНК, как и матричные, кодируются ДНК и образуются также в процессе транскрипции.
После независимых открытий Эмброс и Равкан продолжили исследования, но уже совместно. В 1993 году они опубликовали научные статьи в одном выпуске журнала Cell, но научное сообщество приняло новость равнодушно. Все изменилось, когда ученые выяснили, что микроРНК участвуют в регуляции генов не только червей, но и млекопитающих. И не зря: к сегодняшнему дню открыто более двух тысяч микроРНК, половина которых присутствует у человека.
«Долгое время на открытие Эмброса и Равкана не обращали внимание. Считалось, что микроРНК — это особенность, присущая конкретным организмам. Их даже называли “малыми молекулами”, ведь размер микроРНК составляет всего 18–25 нуклеотидов (структурных единиц нуклеиновых кислот ― ДНК и РНК), в то время как матричные РНК могут быть длиной от 70 до многих тысяч нуклеотидов. Но с появлением новых технологий обнаруживались все новые и новые микроРНК. Стало ясно, что это отдельный класс некодирующих молекул, при том универсальный для всех многоклеточных и даже некоторых вирусов», — отмечает кандидат биологических наук, ассистент химико-биологического кластера ИТМО, научный сотрудник Института биоорганической химии РАН Олег Кучур.
По словам исследователя, вручение Нобелевской премии за открытие микроРНК было ожидаемо. В 2006 году лауреатами премии уже становились американские ученые Эндрю Файр и Крейг Мелло, которые первыми описали механизм РНК-интерференции — уничтожение двухцепочечных РНК в клетках живых организмов.
МикроРНК вызывают интерес в научном обществе не только благодаря своей фундаментальной роли в генной регуляции. Бигтех и медицина нашли практическое применение этому феномену. Уже доказано, что нарушенная работа микроРНК приводит к развитию тяжелых состояний ― в том числе рака, мышечной дистрофии Дюшенна, гемофилии А, поликистоза почек и других. Поэтому по наличию этих молекул в организме человека можно диагностировать разные заболевания.
Прочитайте также:
Новое соединение в 17 раз быстрее аналогов «выключает» отвечающие за заболевания гены
Олег Кучур (крайний слева) вместе с коллективом лаборатории в ИТМО. Фото предоставлено спикером
Зная природу механизмов, с которыми связаны микроРНК, можно не только диагностировать, но и лечить болезни. Например, некоторые генотерапевтические препараты, основанные на принципе «выключения» нежелательных генов за счет РНК-интерференции, уже проходят клинические испытания: среди них препараты против немелкоклеточного рака легкого, лимфомы и лейкоза, болезни Альцгеймера.
«МикроРНК делятся на две группы: циркулирующие и внутриклеточные. Первые присутствуют в биологических жидкостях и могут выступать биомаркером в диагностике рака, заболеваний сердечно-сосудистой и иммунной систем. Например, при интенсивном делении опухолевых клеток образуется большое количество внутриклеточных микроРНК. При нарушении целостности клеток эти молекулы попадают в окружающие жидкости, что может свидетельствовать о наличии онкологии. А воздействуя на микроРНК как на терапевтические мишени, способные подавить онкосупрессоры (особые белки), можно остановить рост опухоли», — объясняет Олег Кучур.
В ИТМО также активно занимаются исследованием практической применимости микроРНК в терапии рака. Например, в лаборатории передовых технологий нуклеиновых кислот в генной терапии рака химико-биологического кластера разрабатывают антисмысловые олигонуклеотиды, которые можно направить на микроРНК и специфично «заглушить» работу «вредных» генов, а также подбирают системы доставки таких антисмысловых олигонуклеотидов в живые клетки. Как отмечает Олег Кучур, такой метод терапии эффективнее и безопаснее традиционных, а еще к нему не развивается устойчивость, как к химио- и радиотерапии.
