RNS-interferencia: új forradalom a genetikában

Egy módszer, amellyel lehetséges szinte bármilyen fajban kikapcsolni egy gént akár egy nap alatt. Egy módszer, amit a jövőben betegségek újszerű gyógyítására lehet felhasználni. Az RNS-interferencia olyan molekuláris mechanizmus, amelyben rövid, duplaszálú RNS-molekulák specifikusan elnyomják a gének kifejeződésében kulcsszerepet játszó hírvivő RNS-ek működését.

Több mint egy évtizeddel ezelőtt figyelték meg először az RNS-interferencia jelenségét a petúnián, azaz tölcsérvirágon. A növény a genetikai kutatások egyik fontos kísérleti növénye, de egyben kertjeink dekoratív virága is. A növénynemesítők célja az volt, hogy sötétebb színű virágot állítsanak elő, ennek érdekében bevittek egy extra gént a növénybe, ami a lila színű festékanyag (pigment) képződéséért volt felelős. Ahelyett azonban, hogy a virág még lilább lett volna, mindenféle árnyalatokat kaptak, még fehéret is. Ekkor még azt hitték, hogy a bevitt gén elnyomta a már ott lévő gén hatását, ezért a jelenséget koszupressziónak nevezték el. Nem gondolták, hogy hasonló folyamatok más növényekben is előfordulnak, arra pedig, hogy ez hogyan is történik, csak évekkel később derült fény.

Alapok

Mielőtt részletesen megismerkedünk az RNS-interferencia jelenségével, érdemes felfrissíteni alapvető molekuláris genetikai ismereteinket. Mint azt Olvasónk bizonyára jól tudja, a sejtek örökítőanyagát a sejtmagban található DNS (dezoxiribonukleinsav) molekulák hordozzák. A DNS-molekulák értelmes szakaszai a gének, amelyek a sejtek összes fehérjéjét kódolják. A kódolás a DNS-t felépítő ún. szerves bázisok sorrendjén (szekvenciáján) keresztül valósul meg. Hogyan készülnek a sejtben a fehérjék, azaz hogyan fejeződnek ki a gének?

A DNS információja alapján egy hozzá nagyon hasonló molekula, RNS (ribonukleinsav) képződik - ez a folyamat a transzkripció (átírás). Az adott génről átírt RNS egy konkrét fehérje képződéséért felelős. A sejtmagból kijutva eljut a megfelelő sejtszervecskéhez (a riboszómához), ahol az általa szállított információ alapján a sejt molekuláris gépezete fehérjét gyárt - ez a transzláció. Ezt az RNS-típust - mivel információt szállít - hírvivő RNS-nek (angolul messenger RNS-nek) nevezzük, ezért az mRNS jelzést kapta. A folyamatot - vagyis ahogyan a DNS-től az RNS-en keresztül eljut a genetikai információ a fehérje képződéséig - nevezzük a molekuláris biológia centrális dogmájának - fő alaptételének. Ez egyes vírusok kivételével minden élő szervezetre érvényes.

A gének kifejeződésében azonban számos szabályozó mechanizmus létezik, azaz a fehérje képződésének folyamata több ponton is "elakadhat". A DNS szintjén történhet a gátlás úgy, hogy a DNS meghatározott részeire ún. metilcsoportok rakódnak rá - ezt nevezzük metilációnak. Ez a módosítás megakadályozza, hogy az ott lévő génről hírvivő RNS képződjön. A folyamatról és lehetséges terápiás hatásairól egy másik összeállításunkban olvashattak részletesen. A következő fokozat az, ha az mRNS kerül gátlás alá. A génelcsendesítés eme formáját PTGS-nek (poszttranszkripciós gene silencingnek) nevezzük, mivel az inaktiválás a transzkripciót követően történik meg.

A PTGS egyik esetében egy speciális, ún. siRNS (kis interferáló RNS) képződik, amely a bázisok sorrendjét tekintve tükörképe a gátolni kívánt mRNS egy szakaszának. Az siRNS megtalálja a hozzá illő mRNS-t, "összetapad" vele és a hozzá kapcsolódó enzimek apró darabokra vagdossák azt. Ezt követően mRNS-ről már nem készülhet fehérje. Ezt a fajta gátlást RNS-interferenciának (RNSi) nevezik. Amennyiben az siRNS nem találja meg a tükörképét, gyorsan lebomlik a sejtben, ezért nem szaporodik föl nagy mennyiségben. A jelenséget először egy molekuláris méretű gombán - Neurosporán - fedezték fel Cogoni és munkatársai, később pedig növényeknél, egy féregnél (C. elegans) és muslicán is kimutatták.

Interferáló RNS felfedezése egy parányi féregben

Az RNS speciális szerepét a génelcsendesítésben elsőként egy féreg, a Caenorhabditis elegans esetében figyelték meg 1995-ben. A C. elegans egy aprócska, kb. 1 mm hosszú talajlakó féreg, amely a Nematódák törzsébe tartozik. A természetben baktériumokkal táplálkozik és a laboratóriumokban is ezzel etetik. A kutatók a féreg egyik génjét (par-1) akarták elcsendesíteni, és ennek érdekében a génnel azonos szekvenciájú (sense), illetve azzal ellentétes (antisense) RNS-molekulákat juttattak be a féregbe. Mindkét esetben génelcsendesítést tapasztaltak. Később megfigyelték azt is, hogy ha együtt juttatják be az azonos és a génnel tükörkép-szekvenciákat még erősebb lesz a gén elcsendesítése.

Végeztek olyan kísérleteket is, hogy az állatokat olyan genetikailag módosított baktériumokkal etették, amelyek a féreg egyik génjével (unc-22) megegyező felépítésű (más szóval homológ), dupla szálú RNS-eket (dsRNS) termelt. Az ezekkel táplált férgek úgy viselkedtek, mint akiknek nincs is működőképes unc-22 génjük (unc-22 knock out-szerű fenotípus). Sőt ezt a tulajdonságukat az utódaiknak is átadták.

A C. elegansnak összesen 959 testi sejtje van, melyek mindegyikét meg lehet figyelni mikroszkópon keresztül. Életük során az összes, bonyolult szervezetekre is jellemző biológiai folyamat lejátszódik bennük - az embrionális osztódástól kezdve, a szervek képződésén és a kifejlődött, felnőtt állatra jellemző életfolyamatokon keresztül egészen az öregedés folyamatáig. Parányi mérete, könnyű kezelhetősége ideális "laborállattá" teszi.

RNS-interferencia a muslicánál

Hasonlóan a C. eleganshoz, a muslica (Drosophila sp.) esetében is próbálkoztak azzal, hogy táplálékát, az élesztőgombát (Saccharomyces cerevisiae) módosították genetikailag úgy, hogy az duplaszálú RNS-eket (dsRNS) termeljen. A kísérlet ugyan nem vezetett eredményre, közvetlenül a muslica embriójába fecskendezett RNS-nek (duplaszálú RNS) azonban volt génelcsendesítő hatása. Működött a génelcsendesítés olyan genetikailag módosított muslicáknál is, amelyekben a kívülről bejuttatott génről az elcsendesíteni kívánt génnel homológ RNS képződött.