A mikro-RNS-ek felfedezésének jelentőségéről

A Karolinska Intézet Nobel-bizottságának indoklása szerint a két kutatónak a C. elegans nevű apró fonálféregben tett úttörő felfedezése a génszabályozás egy teljesen új elvét tárta fel. Kiderült, az miR-ek biológiai jelentősége univerzális, gyakorlatilag az egész élővilágra érvényes, nélkülözhetetlen a többsejtű szervezetek, így az emberek számára is. Az miR-ek alapvető fontosságúak a szervezetek fejlődése és működése szempontjából.

Mikro-RNS (illusztráció) stockphoto.com

Az miR-ek rövid, ~18-25 nukleotidot tartalmazó, egyláncú RNS-molekulák. Az emlősgenomok jellemzően több ezer különböző miR-t kódoló gént tartalmaznak, amelyek közül nagyon sok evolúciósan erősen konzervált, azaz távoli, illetve nem rokon fajok között is egyforma vagy hasonló szerkezetű. Időnként több miR-változat vagy „isomiR” is keletkezik ugyanabból a lokuszból.

Az miR-génekből való átírás után a Drosha nevű nukleáz közreműködésével jellegzetes kétszálú szárhurokszerkezet (premiR) jön létre, majd a sejtmagból a citoplazmába szállítás (exportin) után a Dicer ribonukleáz megfelelő feldolgozását követően kialakul a megfelelő mRNS-hez kötődni képes, érett egyszálú miR. A miR-ek a sejt citoplazmájában a megfelelő nukleotidszekvenciát tartalmazó cél-hírvivő (messenger) RNS-ekhez (mRNS) kötődnek. A miR-ek 5’ végein található szakaszok hibridizálnak (azaz szekvenciaspecifikusan kapcsolódnak) az mRNS-ekben lévő 3’ nem transzlált régiókban (UTR) lévő komplementer szekvenciákkal. Ez a koncepció ma már kissé meghaladott, mert időközben bizonyították, hogy az miR-ek az mRNS kódoló részeihez is kötődhetnek. A miR-mRNS nonkovalens heterodimer kialakulása gátolja a fehérjeszintézist akár az mRNS destabilizálásával, bontásával (főleg növényekben) vagy az mRNS transzlációjának gátlásával (elsősorban állatvilágban). Becslések és részletes nyílt miR-adatbázisok (pl. miRTarBase, starBase, DIANA-TarBase, miRWalk, miRanda, Targetscan) alapján emberekben több ezer miR szabályozza az emberi gének több mint 60%-át, és részt vesz a sejtnövekedés, a differenciálódás és a sejthalál sejttevékenységének minden aspektusában. Az elmúlt évtized során számos tanulmány tárta fel az miR-ek szabályozó szerepét az összetett emberi betegségek, például a rák kialakulásában. Mindez arra utal, hogy az miR-ek felelősek az alapvető sejttevékenységek és az emberi betegségek finomhangolásáért.

Az miR-ek nemcsak a sejteken belül, hanem vérben, anyatejben, cerebrospinális folyadékban, vizeletben, székletben, nagyrészt extracelluláris vezikulákhoz kötött formában is megtalálhatóak.

Az miR-ek funkcionális vizsgálata nagymértékben függ az miR-mRNS szabályozó kölcsönhatások megbízható azonosításától. A legtöbb korszerű számítási előrejelzési módszert miR-adatbázisokra alapozva, prediktív céllal hozták létre, hogy megkeressék a megfelelő miR-rel komplementer nukleotidszekvenciákat tartalmazó mRNS-eket. Más szóval, hogy megtudják, mely mRNS-ek gátlásán át mely fehérjék és ezáltal mely funkciók gátlása történik/történhet meg.

Ez a próbálkozás az miR-kötés összetettsége miatt nem váltotta be az előzetes reményeket, mivel meggyőző bizonyítékok az miR-mRNS kölcsönhatások sztochasztikus természetét is mutatják. Emellett több miR kötődhet ugyanahhoz az mRNS-szekvenciához vagy ugyanazon transzkriptum különböző másolataihoz.

Ebből is következik, hogy az miR-alapú poszttranszkripciós szabályozás hálózatos formában történik. Bebizonyosodott, hogy olyan alapvető sejtbiológiai folyamatokat, mint a glikolízis/glukoneogenezis, több miR szimbiotikus módon regulál, de hasonló eredmények láttak napvilágot vese-, máj-, tüdő- és méhrákban.

Itt nem részletezzük, hogy több egyéb RNS-szintű kölcsönhatás (hosszú, nem kódoló RNS-ek, cirkuláris RNS-ek) is versenghet kompetitív módon ugyanahhoz az mRNS-hez való kapcsolódásért.

Más tényezők, köztük a genetikai mutációk, RNS-kötő fehérjék, valamint az miR és mRNS expressziója szintén befolyásolhatják az állapotot.

E mechanizmusok mindegyike más-más perspektívából hat az miR-szabályozásra, és sokuk hatása csak bizonyos fenotípusokhoz vagy fejlődési szakaszokhoz kötődik.

Hasonlóképpen a génexpresszió miR általi szabályozásában más fontos génszabályozó tényezőket is figyelembe kell venni, mint például a kópiaszám-variációt és az epigenetikai hatások által regulált DNS-metilációt.

Az miR-szabályozás komplexitására az is utal, hogy több miR képes egy funkcionálisan releváns teljes génkészletet szabályozni. Arról van szó, hogy egy miR nemcsak egy gént, hanem több esetben kooperatív módon egyidejűleg több funkcionálisan rokon gént szabályoz. Bár a kooperatív miR-szabályozással kapcsolatos ismereteink még korlátozottak, úgy gondoljuk, hogy az evolúció évmilliók alatt azt is kialakította, hogy az miR-ek poszttranszkripcionális szabályozása funkcionálisan összetartozó (pl. embrionális fejlődés és sejtdifferenciálódás) folyamatokban komplex koregulációra is alkalmas legyen.

Összefoglalva tehát az miR-ek a génműködés szabályozásának egy újonnan felismert, univerzális érvényű mechanizmusát képviselik.