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.

Hogyan történik a gének elcsendesítése?

A génelcsendesítés pontos folyamata még nem ismert, de éppen a muslicán végzett kísérletek szolgáltatták azokat az eredményeket, amelyek napjaink ismereteit adják. A kísérletek során a muslicák embrióiból egy pépet, idegen szóval homogenizátumot készítenek. Ebben a pépben az embrióban található összes enzim és fehérje megtalálható. Amennyiben ehhez a turmixhoz hosszú, dupla szálú RNS-eket (dsRNS) adnak hozzá, akkor azok 21-23 bázispár hosszúságú fragmentekre, szakaszokra darabolódnak szét. Az így keletkezett darabkákat nevezték el siRNS-eknek (kis interferáló RNS). Ezek szükségesek ahhoz, hogy a fehérjét kódoló RNS-t (mRNS) fel tudják darabolni a sejt (a kísérlet esetében az embrió-homogenizátum) enzimei.

Az siRNS-ek képződéséért egy Dicer nevű enzim a felelős, amely dupla szálú RNS darabolására képes (RN-áz aktivitása van). Miután a Dicer elvégezte a feladatát, a dupla szálú siRNS-ek beépülnek az ún. RISC-komplexbe - ez az siRNS által indukált elcsendesítő komplex. A komplexben található enzimek egyszálúvá alakítják át az siRNS-t. Ezután ez az egyszálú siRNS irányítja a komplexet a vele homológ részeket tartalmazó mRNS-ekhez, amiket a komplex enzimei feldarabolnak. Ily módon az embrióturmixban lévő, a muslicaembrióból származó mRNS-ek pontosan a velük homológ siRNS-eknek megfelelő darabokra vágódnak szét.

Feltételezik azt is, hogy egy ma még nem ismert mechanizmuson keresztül az siRNS-ek felszaporodnak, ez megmagyarázná a rendszer rendkívüli hatékonyságát és azt is, hogy akár az utódokban (első generációban) is aktív maradhat. Lehetséges, hogy a dupla szálú RNS-ek sokszorozódnak meg, és ezért képződik rengeteg siRNS; a másik elképzelhető magyarázat, hogy maga az siRNS amplifikálódik, azaz szaporodik föl. Az sem kizárt, hogy a RISC-komplex képes megújulásra.

A poszttranszkripciós génelcsendesítés valószínűleg nagyon korán megjelent az evolúció során. Egyesek szerint bizonyos vírusok és transzpozonok (a genetikai állomány áthelyeződő elemei) elleni védekezésben lehetett és lehet fontos szerepe. Továbbá hibás RNS-ek lebontásában és a sejtből való eltávolításában is szerephez juthat. Egyes kutatók rávilágítottak arra a tényre is, hogy az RNS-interferenciában szerepet játszó gének meghibásodása fejlődési rendellenességet okoz.

RNS interferencia alkalmazása emlősökben

Emlősállatok közül elsőként egéren végeztek kísérleteket, külső forrásból származó, dupla szálú RNS génelcsendesítő hatására vonatkozóan. Az egérembrióba vagy petesejtbe juttatott hosszú duplaszálú RNS, amelynek feladata az lett volna, hogy a vele azonos szekvenciájú, komplementer RNS-eket gátolja, a sejtben lévő összes RNS szintjének csökkenését idézte elő. Ahelyett, hogy egy konkrét gént gátolt volna, végül a sejt halálát okozó, ún. apoptótikus folyamatokat indított el. A feltételezések szerint ennek az az oka, hogy a sejt azt "hiszi" a hosszú duplaszálú RNS darabokról, hogy valamilyen vírusból származnak - ezért annak érdekében, hogy a szervezetet megvédje egy esetleges vírusfertőzéstől (a dsRNS-függő protein kináz enzim aktiválásán keresztül), gátolja a fertőzött sejtben olyan faktorok képződését (például az eIF2a), amely a fehérje-átíródáshoz szükséges. Más esetben olyan enzimeket aktivál (RnázL), amely a sejtben lévő RNS-ek lebontását végzi. Mindkét esetben az a végeredmény, hogy a sejt számára nélkülözhetetlen fehérjék nem képződnek, tehát a sejt elpusztul.

Több vizsgálat is kimutatta, hogy az egér embrionális őssejtjeiben (ES-sejtek) és legalább egy embrionális sejtvonalban hiányzik ez a vírusellenes védekezés. Tehát ezeknél a sejteknél lehetséges a hosszú duplaszálú RNS-ek alkalmazása a génelcsendesítésre. Egyéb sejttípusoknál azonban más módszereket kell kifejleszteni.

Az egyik ilyen próbálkozás, amikor rövid (19-23 bázispár hosszúságú), duplaszálú RNS-eket juttatnak be a sejtbe. Ennek a módszernek az alkalmazásával több emlős sejtvonalban is tudták bizonyos célzott gének aktivitását csökkenteni. Napjainkban egy olyan speciális vektort - molekuláris hordozót - alkalmaznak (psiRNS), amelybe be tudnak építeni rövid (50 bázispár méretű) DNS darabokat. Miután a vektort bejuttatják a sejtbe, a benne található DNS-ről a génátíródás, azaz transzkripció során RNS képződik. Ez kisebb darabokra vágódik föl, így képződnek az siRNS-ek, amelyek azután az RNS-interferenciát, vagyis egy bizonyos génnek az elcsendesítését okozzák. A vektor biztosítja azt, hogy az interferáló RNS folyamatosan képződjön a sejtben, így viszonylag hosszú távú hatást lehet elérni.