Wyjaśnione: Interferencja RNA
Dziennikarze zajmujący się nauką i technologią szczycą się umiejętnością wyjaśniania skomplikowanych idei w przystępny sposób, ale istnieją pewne techniczne zasady, z którymi spotykamy się tak często w naszych raportach, że parafrazowanie ich lub pisanie wokół nich zaczyna sprawiać wrażenie, jakbyśmy omijali dużą część historii. Tak więc w nowej serii artykułów o nazwie „Wyjaśnione”, pracownicy MIT News Office wyjaśnią niektóre z podstawowych idei w dziedzinach, które obejmują, jako punkty odniesienia dla przyszłych raportów na temat badań MIT.
Każdy uczeń biologii w szkole średniej uczy się podstaw tego, jak geny są wyrażane: DNA, główny strażnik informacji w komórce, jest kopiowany do posłańca RNA, który przenosi instrukcje budowy białka do rybosomu, części komórki, w której białka są montowane.
Okazuje się jednak, że obraz jest o wiele bardziej skomplikowany. W ostatnich latach biolodzy odkryli niezliczoną ilość innych cząsteczek, które dostrajają ten proces, w tym kilka rodzajów RNA (kwas rybonukleinowy). Dzięki naturalnie występującemu zjawisku, znanemu jako interferencja RNA, krótkie nici RNA mogą selektywnie przechwytywać i niszczyć RNA posłańca, zanim dostarczy on swoje instrukcje.
Naukowcy poszukują obecnie metod leczenia chorób opartych na interferencji RNA (RNAi), która oferuje kuszącą możliwość wyłączenia dowolnego genu w organizmie.
„Dzięki RNAi mamy możliwość zaprojektowania małego RNA, które pasuje do dowolnego genu lub jego części i wyciszenia go. Następnie możemy zapytać, jaka jest potencjalna korzyść z wyciszenia tego genu w procesie chorobowym” – mówi profesor instytutu MIT Phillip Sharp, którego laboratorium prowadzi takie badania.
W 2006 r. Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny za odkrycie interferencji RNA otrzymało dwóch naukowców, w tym Andrew Fire, który doktoryzował się na MIT w 1983 r. pod kierunkiem Sharpa. Fire i Craig Mello wykazali w 1998 r., że po wstrzyknięciu do organizmu robaka C. elegans krótkich, dwuniciowych cząsteczek RNA o sekwencjach komplementarnych do określonego posłańca RNA, produkcja białka kodowanego przez ten posłańca RNA zostaje zahamowana.
Tak to działa: Dwuniciowe cząsteczki RNA zwane siRNA (short interfering RNA) wiążą się z komplementarnym mesenger RNA, a następnie korzystają z pomocy białek, kompleksu wyciszającego indukowanego przez RNA. Białka te rozszczepiają wiązania chemiczne trzymające razem posłańczy RNA i uniemożliwiają mu przekazywanie instrukcji budowania białek.
Mechanizm ten występuje naturalnie i mógł wyewoluować, aby dać komórkom dodatkową kontrolę nad ekspresją genów, szczególnie podczas rozwoju embrionalnego. Może on również służyć jako mechanizm obronny przed wirusami, które próbują wprowadzić swój materiał genetyczny do komórek.
Interferencja RNA może być również pośredniczona przez mikroRNA, który jest krótką, jednoniciową cząsteczką RNA. Interferencja RNA została zaobserwowana u wielu gatunków, w tym u roślin, bakterii i muszek owocowych, a także u ludzi. aukowcy wykazali, że syntetyczne siRNA wstrzykiwane do ludzkich komórek w laboratorium może skutecznie wyłączyć geny, budząc nadzieję, że choroby takie jak rak, mukowiscydoza, choroba Huntingtona i inne powodowane przez źle funkcjonujące geny mogą być leczone za pomocą interferencji RNA.
Zanim takie terapie staną się użyteczne, naukowcy muszą dowiedzieć się, jak skutecznie dostarczać małe cząsteczki RNA do komórek docelowych. Sharp i inni naukowcy z MIT, w tym profesor instytutu Robert Langer i naukowiec Daniel Anderson, pracują nad metodą dostarczania, która pakuje RNA wewnątrz warstwy tłuszczopodobnych cząsteczek zwanych lipidoidami, które mogą przekroczyć zewnętrzną błonę tłuszczową komórek. Wykorzystali lipidoidy do skutecznego dostarczania RNA do komórek wątroby i płuc u myszy i małp, i mają nadzieję rozpocząć próby kliniczne w ciągu najbliższych dwóch lat.
Sharp współpracuje również z Sangeetą Bhatia, profesorem w Harvard-MIT Division of Health Sciences and Technology, nad lepszymi sposobami kierowania nanocząsteczek przenoszących RNA do konkretnych komórek, takich jak komórki nowotworowe.
Do odkrycia jest jeszcze długa droga, mówi Sharp, ale potencjał interferencji RNA jest bardzo duży. „Odkrycie interferencji RNA otworzyło nam oczy na zupełnie nowy aspekt biomedycyny i biologii, którego nigdy nie byliśmy świadomi.”