Od háďatka k diagnostike

Ilustrácia Pixabay

V súčasnosti sa intenzívne hľadajú nové biomarkery, ktoré umožnia včasnú diagnostiku prítomnosti nádorového tkaniva. Medzi intenzívne študované biomarkery patria aj miRNA.

V jadre každej bunky je v podobe DNA obsiahnutá celá genetická informácia, ale jednotlivé bunky v organizme využívajú vždy len určitú časť z celého súboru génov. Veľká časť je exprimovaná špecificky podľa typu bunky, no niektoré, tzv. housekeeper (prevádzkové) gény zapojené do základných procesov v bunke sú exprimované v každej bunke.

Fotografia jedincov Caenorhabditis elegans pod mikroskopom, foto wikipédia/ZEISS Microscopy, CC BY 2.0

Modulácia génov

Pri expresii génov je dôležitým medzičlánkom mediátorová RNA (mRNA), ktorá vzniká transkripciou (prepisom) z DNA a následne je mRNA prekladaná do sekvencie aminokyselín v proteíne. Regulácia expresie génov je komplexný a dynamický proces, ktorý prebieha na všetkých jej úrovniach – od transkripcie úseku DNA do sekvencie mRNA až po posttranslačné úpravy proteínov.
Práve vzájomné pôsobenie viacerých regulačných mechanizmov umožňuje jemnú moduláciu expresie jednotlivých génov podľa aktuálnych potrieb bunky a celého organizmu. Expresia teda nie je regulovaná princípom všetko alebo nič, ale je skôr súčtom mnohých regulačných vplyvov. Nie všetky gény sú po transkripcii z DNA prekladané do sekvencie aminokyselín v proteíne. Nekódujúce RNA sú tvorené viacerými skupinami so špecifickou funkciou, pričom sa zúčastňujú najmä procesov spojených s expresiou génov. Napríklad ribozomálna RNA (rRNA) a transferová RNA (tRNA) sú kľúčové komponenty translácie a malé jadrové RNA (snRNA) sa zúčastňujú zostrihu mRNA po transkripcii.

Slovníček pojmov

biomarker – molekula alebo látka, ktorá ukazuje prítomnosť špecifického ochorenia alebo stavu
DNA – deoxyribonukleová kyselina; je dvojvláknová a stabilnejšia ako RNA, je v nej uložená genetická informácia bunky
expresia génov (exprimovať, exprimovaný) – vyjadrenie genetickej informácie z úseku DNA (génu) do molekuly s určitou funkciou, napr. bielkoviny
miRNA – mikroRNA, malé nekódujúce RNA regulujúce expresiu génov
mRNA – mediátorová RNA, prenáša genetickú informáciu z DNA do výslednej bielkoviny
nukleotid – základná stavebná jednotka nukleových kyselín – guanín (G), cytozín (C), adenín (A), tymín (T). T je v RNA nahradený uracilom (U)
párovanie báz – pri dvojvláknových nukleových kyselinách sú nukleotidy z oboch vláken spojené vodíkovými väzbami – G sa spája s C, A sa spája s T, prípadne U
RISC komplex – komplex bielkovín, ktorý viaže zrelú miRNA a pomáha jej funkcii pri regulácii expresie génov
RNA – ribonukleová kyselina, je jednovláknová a reaktívnejšia – viaceré funkcie v bunke
sekvencia – poradie základných stavebných zložiek v molekule, napr. nukleotidov v RNA
transkripcia – prepis genetickej informácie z DNA do mRNA
translácia – preklad genetickej informácie z mRNA do proteínu

Zásadný objav mikroRNA

rRNA – ribozomálna RNA, tRNA – transferová RNA, snRNA – malá jadrová RNA, snoRNA – malá jadierková RNA, miRNA – mikroRNA, siRNA – malá interferujúca RNA, piRNA – piwi RNA, upravené podľa Palanca-Ballaster a kol., 2021

Viaceré skupiny nekódujúcich RNA sú zapojené aj do regulácie expresie génov vrátane niekoľkých skupín malých nekódujúcich RNA, medzi ktoré patria aj tzv. mikroRNA (miRNA). Tie sa podieľajú na regulácii expresie génov prostredníctvom ich interakcie s mRNA po transkripcii.
Ako už ich názov napovedá, zrelé miRNA tvorí krátka jednovláknová RNA s dĺžkou približne 22 nukleotidov u človeka. Na porovnanie: mRNA, ktorá je predlohou pre tvorbu bielkovín, má dĺžku priemerne takmer 30 000 nukleotidov.
Prvé miRNA v pôdnej hlístici, háďatka obyčajného (Caenorhabditis elegans), objavil v deväťdesiatych rokoch minulého storočia tím pod vedením doktora V. R. Ambrosa z Katedry bunkovej a vývinovej biológie Harvardovej univerzity v USA. V publikácii z roku 1993 ukázali, že gén lin-4 ovplyvňuje vývin háďatka prostredníctvom zníženia expresie génu lin-14. Ďalšia analýza ukázala, že zrelá forma lin-4 má dĺžku 22 nukleotidov a zároveň sa z nej nevytvára proteín.
Zásadný význam tohto objavu sa ukázal až po roku 2000, keď boli objavené aj ďalšie gény s podobnou funkciou a táto novoobjavená skupina génov dostala pomenovanie mikroRNA.

Pokračovanie článku si môžete prečítať v časopise Quark 10/2022. Ak chcete mať prístup k exkluzívnemu obsahu pre predplatiteľov, prihláste sa. Ak ešte nie ste naším predplatiteľom, objednajte si predplatné podľa vášho výberu tu.

Texty a schémy Paulína Pidíková
Katedra živočíšnej fyziológie a etológie
Prírodovedecká fakulta
Univerzita Komenského v Bratislave
Túto problematiku riešime v rámci projektu podporovaného Agentúrou na podporu výskumu a vývoja (APVV-16-0209; APVV-20-0241) a Vedeckou grantovou agentúrou MŠVVaŠ SR (VEGA 1/0679/19).

Komentáre