Istraživači sa Državnog univerziteta u Arizoni napravili su značajan napredak u razumevanju kako se geni kontrolišu u živim organizmima. Nova studija, objavljena u časopisu Istraživanje nukleinskih kiselina, fokusira se na kritične isečke RNK u malom, providnom okruglom crvu Caenorhabditis elegans (C. elegans).
Studija pruža detaljnu mapu 3’UTR regiona RNK kod C. elegans. 3’UTR (neprevedeni regioni) su segmenti RNK uključeni u regulaciju gena.
Nova mapa je dragoceno sredstvo za naučnike koji proučavaju kako se DNK geni uključuju i isključuju nakon što se transkribuju u RNK. Koristeći ove podatke, naučnici mogu da naprave poboljšana predviđanja o tome kako mali RNK molekuli (miRNA) stupaju u interakciju sa genima kako bi kontrolisali njihovu aktivnost. Istraživači su takođe istražili ključne regione 3’UTR-a koji pomažu u obradi i regulaciji molekula RNK.
Proučavajući genetski materijal u ovom modelnom organizmu, istraživači stiču dublji uvid u misterije ponašanja gena, bacajući svetlo na fundamentalne biološke procese od suštinskog značaja za ljudsko zdravlje i bolesti.
„Ovo monumentalno delo predstavlja kulminaciju 20 godina napornog rada. Konačno imamo potpunu sliku o tome kako se geni formiraju u višim organizmima“, kaže Marko Mangone, dopisni autor nove studije.
„Sa ovim kompletnim skupom podataka, sada možemo da odredimo i proučavamo sve regulatorne i procesne elemente unutar ovih genskih sekcija. Ovi elementi određuju trajanje ekspresije gena, njihove specifične lokacije u ćelijama i potreban nivo ekspresije.“
Mangone je istraživač u Biodesign Virginia G. Piper Centru za personalizovanu dijagnostiku i profesor na Školi prirodnih nauka na ASU.
Geni su segmenti DNK koji sadrže nacrte za zapanjujuću raznolikost života na Zemlji. Međutim, deo tajne ove svestranosti ne leži u samim genima, već u tome kako su njihovi efekti delikatno fino podešeni. Geni daju uputstva za pravljenje proteina, koji igraju suštinsku ulogu u izgradnji i popravljanju ćelija i tkiva, ubrzavajući hemijske reakcije i odbrani telo od patogena.
Za proizvodnju proteina, genima je potreban posredni molekul koji se zove RNK. Tokom ovog procesa, DNK se prvo kopira u RNK, koja deluje kao most između DNK šablona i nastalih proteina. Iako je naš DNK genom fiksiran od rođenja, RNK obezbeđuje telu ogromnu fleksibilnost regulišući način na koji se geni eksprimiraju.
Jednom kada se genetske instrukcije transkribuju iz DNK u RNK (mRNA), specijalizovani segmenti mRNK – 3’UTR – mogu regulisati kako se proteini proizvode.
3’UTR su delovi RNK koji se nalaze na kraju molekula RNK glasnika. Oni pomažu da se upravlja kako i kada se proteini prave tako što kontrolišu stabilnost i efikasnost mRNK. Ova regulacija omogućava dinamičke odgovore na promene životne sredine i omogućava kontrolu nad proizvodnjom proteina, što je neophodno za prilagođavanje različitim fiziološkim potrebama.
U početku su nekodirajuće RNK poput 3’UTR smatrane nebitnim genetskim fragmentima jer same ne kodiraju proteine. Međutim, nedavna istraživanja otkrivaju da su oni ključni za modifikovanje ponašanja gena i uticaj na stabilnost mRNK, lokalizaciju i efikasnost translacije. Prevođenje se odnosi na proces pretvaranja RNK u proteine sastavljene od sekvenci aminokiselina.
3’UTR su sastavni deo sofisticiranog i veoma prilagodljivog sistema kontrole i ravnoteže proizvodnje proteina. Pored toga, ovi regulatorni elementi RNK često sadrže mesta vezivanja za druge elemente odgovorne za regulaciju proteina, uključujući mikroRNK i proteine koji se vezuju za RNK.
Uprkos njihovoj važnosti, naučnici su ranije znali malo o njima. Nova studija rešava ovaj jaz tako što se mapiraju 3’UTR za skoro sve gene u C. elegans, obezbeđujući najkompletniju mapu te vrste za bilo koju životinju.
C. elegans je mala, providna nematoda koja je jedan od najopsežnije proučavanih modelnih organizama u biološkim istraživanjima. Njegov značaj leži u njegovoj jednostavnosti, kratkom životnom ciklusu i dobro mapiranoj genetskoj strukturi.
Organizam deli mnoge bitne biološke puteve sa ljudima, što ga čini neprocenjivim za proučavanje funkcije gena, razvoja i procesa bolesti. Njegovo providno telo omogućava istraživačima da posmatraju ćelijske procese u realnom vremenu, a njegov genetski sastav omogućava preciznu manipulaciju genima.
Ove karakteristike čine C. elegans moćnim oruđem za otkrivanje osnovnih mehanizama biologije koji su često očuvani među vrstama, uključujući ljude.
Studija je otkrila da je proces prebacivanja između različitih 3’UTR manje uobičajen kod C. elegans nego što se ranije mislilo. Ovo dovodi u pitanje ranija verovanja i naglašava složenost regulacije gena. Koristeći nove podatke, naučnici su ažurirali predviđanja o tome kako mikroRNA komuniciraju sa genima.
Uvidi stečeni iz nove studije imaju dalekosežne implikacije na ljudsko zdravlje. Problemi sa kontrolom gena mogu dovesti do bolesti poput raka, dijabetesa i neuroloških poremećaja. Pružajući detaljnu mapu 3’UTR-a i njihovih regulatornih elemenata, istraživanje nudi nove uvide koji bi mogli dovesti do boljih tretmana i terapija.
Novi skup podataka proizveden u studiji biće ključni resurs za naučnike koji proučavaju genetiku i ljudsko zdravlje. Tim ASU planira da nastavi svoje istraživanje kako bi dalje istražio kako ovi regulatorni elementi funkcionišu i njihov kritični uticaj na kontrolu gena.
