Naučnici sa Univerziteta u Čikagu otkrili su novu boru u našem razumevanju kako naši geni funkcionišu. Tim, predvođen Čuanom Heom, profesorom hemije, biohemije i molekularne biologije iz Učikaga Džona T. Vilsona, rasvetlio je dugogodišnju zagonetku uključenu u uobičajeni način na koji su naši geni modifikovani, a koji je poznat kao metilacija RNK.
Objavljeno 27. januara u časopisu Science, otkriće bi moglo imati implikacije na genske terapije bolesti, kao i na našu sliku ekspresije gena, razvoja i evolucije.
Više od jedne decenije, laboratorija Chuan Hea je bila fokusirana na pokušaje da otkrije zagonetku fenomena koji se zove RNK metilacija, za koju sve više shvatamo da igra ključnu ulogu u našim telima i životima – od raka preko PTSP-a do starenja.
U 20. veku smo mislili da je DNK nacrt ćelije i da se odatle sve verno kopira i izvodi. Ali malo po malo, počeli smo da učimo da to nije cela slika. DNK je osnovno uputstvo za upotrebu, ali naša tela reaguju na naša iskustva i okruženje tako što po potrebi uključuju i isključuju neke gene. Na primer, naša koža može reagovati na izlaganje suncu tako što proizvodi više melanina koji štiti kožu; ili biljka može promeniti svoj obrazac rasta u vremenima suše da bi kraće porasla i tako zahtevala manje vode.
Jedan od načina na koji naša tela to rade je proces koji se zove RNK metilacija – na čijem otkrivanju He’s lab radi od 2010.
Generalno, RNK kopira DNK i prenosi uputstva ćeliji da napravi različite proteine. Ali RNK usput menja ta uputstva. Jedan od načina da se određeni gen uključi ili isključi je vezivanje malog molekula zvanog metil grupa na RNK za glasnik. Ova promena, poznata kao metilacija, modifikuje uputstva koja se sprovode – menjajući tok ekspresije vaše DNK.
Naučnici su znali da je ovo važno, ali nisu tačno znali kako proces funkcioniše u ćelijama. Kako ćelija bira koja mesta će metilirati?
„Ovo je neverovatno važan proces koji se dešava u svemu, od ribe do krava do nas – to je kako neke ćelije postaju koža, a druge postaju oči, a druge postaju mišići – ali nam je nedostajalo razumevanje samog mehanizma“, rekao je He. „Na primer, mogli smo da vidimo da je samo mali deo genetske sekvence metiliran, ali nismo znali kako se biraju ova određena mesta.
Njegova grupa je otkrila da ćelije ne biraju određena mesta za metilaciju; nego biraju gde da ne metiluju. I oni misle da mehanizam leži u zglobovima RNK.
Nakon što RNK kopira DNK u vašoj ćeliji, ona se iseče. Neki delovi mesindžer RNK su isečeni, a preostali delovi su zalepljeni zajedno i vezani molekulom koji se naziva „kompleks egzonskog spoja“.
Ovi molekuli eksonskog spoja, otkrio je tim, utiču na to da li određeni deo RNK može biti metiliran ili ne. Ako su delovi RNK kratki, dva glomazna molekula na oba kraja blokiraju bilo kakvu metilaciju. Ali duži delovi RNK, sa više prostora između njih, su izloženi i mogu biti metilovani.
Otkriće bi moglo imati velike implikacije i za biologiju i za medicinu, objasnili su autori.
Jedna od mogućih posledica ima veze sa veštačkim genima. Kao deo genskih terapija za rak i druge poremećaje, kao i za osnovna istraživanja kako bi razumeli kako biologija funkcioniše, naučnici će često stvarati delove veštačkih gena i slati ih u ćelije. Na primer, ako tumor pacijenta raste van kontrole, naučnici bi mogli da naprave veštački gen koji mu govori da prestane.
Ali način na koji su naučnici do sada pravili ove veštačke gene ne uključuje nikakve komplekse eksonskih spojeva u RNK. Pošto kompleksi eksonskog spoja igraju tako veliku ulogu u normalnoj ekspresiji gena, njihovo izostavljanje bi moglo imati efekte koje naučnici nisu imali u vidu.
„Kada ljudi razvijaju reportere za ekspresiju gena ili čak u genskoj terapiji, postoji ovaj dodatni sloj regulacije koji treba uzeti u obzir prilikom dizajniranja“, rekao je He. „Mogao bi biti hipermetiliran bez ovog pakovanja, što znači da nije tačna imitacija prirodnog procesa.“
Otkriće je takođe veliki korak napred u našem razumevanju biologije i evolucije, rekao je on.
Tim je uočio dokaze za ovaj proces u svemu, od zebrica do ljudi, ali ne i kod školjki ili insekata. „Dakle, kičmenjaci su to možda razvili kao način da podese stabilnost svog genetskog materijala“, objasnio je on.
Na primer, kod ljudi, moždano tkivo i srčano tkivo imaju veoma različite količine kompleksa eksonskih spojeva. To znači da bi moglo da igra ulogu u tome kako se ćelije diferenciraju dok se razvijaju iz embriona, rekao je on.
„Ovo otkriće sugeriše novi sloj regulacije ekspresije gena i novi put za regulisanje stabilnosti mRNA uopšte“, rekao je He. „Radićemo na tome da razumemo pune implikacije još dugo vremena.“
