Gének elcsendesítése - orvosi Nobel-díj 2006

Két amerikai tudós egy olyan génszabályozó mechanizmus felfedezéséért részesült a legnagyobb tudományos elismerésben, amely új utakat nyitott a gyógyászatban.

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 adnak hozzá, akkor azok 21-23 bázispár hosszúságú fragmentekre, szakaszokra darabolódnak szét. Az így keletkezett darabkákat nevezték el siRNS-eknek (kis interferáló RNS-ek). 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 a 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 a 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 a szervezet vírusellenes védekezésében

Az RNS-interferencia a sejt, illetve a szervezet vírusellenes védekezésében is jelentős szerepet játszik, ez különösen igaz az alacsonyabbrendű szervezetekre. Számos vírus örökítőanyaga duplaszálú RNS, szemben az élőlényekkel és egyéb vírusokkal, melyeknek DNS az örökítőanyaga. Amikor egy ilyen vírus támad meg egy sejtet, első lépésként bejuttatja az örökítőanyagát a sejt belsejébe, amit rögtön megköt a Dicer. Ennek következtében aktiválódik a RISC-komplex, és lebontja a vírus örökítőanyagát. A magasabbrendű szervezetek emellett hatékony védekezőrendszert is kifejlesztettek, ellenanyagokkal, ölősejtekkel és interferonokkal.

A transzpozonok vagy ismertebb nevükön ugráló genetikai elemek olyan DNS-szekvenciák, melyek a sejt genetikai anyagának részeként képesek sokszorozódni és újra beépülni a sejt genomjába. Minden élőlényben jelen vannak és súlyos károkat okozhatnak, amennyiben rossz helyre épülnek be. Több transzpozon úgy működik, hogy a DNS-ről először RNS képződik, majd ismét átíródik DNS-sé, és így épül vissza a genomba. A képződő RNS-molekula sokszor duplaszálúvá alakul, és beindítja az RNS-interferencia folyamatát, mellyel így a sejt tulajdonképpen megvédi a genetikai állományt a transzpozonokkal szemben.

RNS-interferencia a génkifejeződés szabályozásában

Az RNS-interferencia fontos szerepet játszik a génkifejeződés szabályozásában az egész élővilágban. Az ember esetében is több száz olyan gént fedeztek már föl, melyek mikro RNS-eket kódolnak. A mikroRNS-ek más, fehérjéket kódoló géneknek a darabjait hordozzák, és képesek arra, hogy duplaszálú RNS-eket képezve aktiválják a sejt RNS-interferenciáért felelős molekuláris rendszerét, ami felelős a fehérjeképződés gátlásáért. A rendszer működésének következtében a mikroRNS-nek megfelelő gén csendesítése történik meg. Manapság már tudjuk, hogy a szervezet fejlődésének szabályozásában és a sejtek működésében fontos szerep jut a mikroRNS-eken keresztül történő szabályozásnak.
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. apoptotikus folyamatokat indított el. A feltételezések szerint ennek 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 lehetőség rövid (19-23 bázispár hosszúságú) duplaszálú RNS-ek bejuttatása 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 transzkripció során RNS képződik. Ez kisebb darabokra vágódik föl, így képződnek a 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.