МикроРНК — что это и как нобелевскую разработку используют сейчас?
Виктор Амброс и Гэри Равкан получили Нобелевскую премию по медицине и физиологии за открытие микроРНК и её роли в регуляции генов. Исследование было опубликовано ещё в 1993 году, но признание получило только сейчас.
Американские учёные изучали круглого червя Caenorhabditis elegans и исследовали два мутантных штамма червей и гены, которые контролировали развитие клеток и их функции. Изначально учёные полагали, что такие гены есть только у червя Caenorhabditis elegans, но позже было выявлено, что всё дело в микроРНК. В дальнейшем стало ясно, что она есть у животных и растений, даже у вирусов и других многоклеточных.
© Объявление о присуждении Нобелевской премии по физиологии и медицине 2024
Как работают микроРНК?
В целом, микроРНК — это молекулы, которые регулируют работу генов и выполняют защитные функции. В процессе развития организма они дают клеткам возможность использовать свой функционал и перестраиваться под нужды организма.
Представьте, что у вас есть набор инструментов для строительства дома. В каждой клетке нашего организма тоже есть такой набор — геном, который содержит инструкции для создания всех необходимых белков.
Однако, вместо того, чтобы просто увеличивать количество инструментов (генов), эволюция решила поступить немного иначе. Она добавила регуляторы (микроРНК), которые могут включать и выключать отдельные инструкции в зависимости от того, какая клетка строится.
Наглядно, так сказать
© Ferra.ru
Например, в клетках печени нужно строить белки для переработки токсинов, а в клетках мозга — для передачи нервных импульсов. Эти регуляторы (микроРНК) работают как переключатели, которые могут включать или выключать отдельные инструкции генома. Получается, что микроРНК в состоянии перестроить работу генов так, что в итоге получится другой тип клеток с другими функциями.
Всё это стало известно благодаря двум учёным — Виктору Амбросу и Гэри Равкану. Нобелевский комитет отметил, что открытие микроРНК позволило лучше диагностировать многие болезни — из-за некорректной работы микроРНК возникают такие заболевания как Альцгеймер, лейкемия и проблемы с сердцем.
МикроРНК и исследований учёных
На основе сведений об микроРНК учёные проводят большое количество исследований и разрабатывают новые вакцины.
Будущий препарат
Препарат от рака
Например, учёные Сибирского государственного медицинского университета работают над созданием препарата на основе микроРНК, который поможет остановить онкологические заболевания.
Новый препарат должен предотвратить переход микрометастазов в опасные формы. Уже проводили испытания на лабораторных мышах, и, судя по его результатам, после введения препарата опухоли стали намного медленнее развиваться.
По словам учёных, препараты с микроРНК будут эффективнее, чем химиотерапия, потому что препарат будет точечно бить по раковым клеткам и поэтому не подвергнет опасности весь организм человека.
Исследование микроРНК
Отличит хороший микроРНК от плохого
В Санкт-Петербургском национальном исследовательском университете информационных технологий, механики и оптики (ИТМО) решили заняться таргетной медициной и повысить её точность. Учёные создали ДНК-конструкцию на основе антисмысловых олигонуклеотидов, которые способны понять, какова концентрация онкомаркеров в клетках организма.
Антисмысловые олигонуклеотиды — короткие цепи ДНК, которые связывают матричную РНК (мРНК) и разрушают её. Российские учёные на основе этих знаний сделали бинарный антисмысловой олигонуклеотид — две цепочки олигонуклеотида. Работает это так: одна часть цепочки находит онкомаркер, а другая выявляет какая РНК питает раковую клетку и расщепляет её.
В основу нынешней разработки легло другое наше изобретение — бинарный антисмысловой олигонуклеотид. Две его цепочки реконструировали в два варианта ДНК-конструкции с пороговой функцией. Первому варианту нужно, чтобы в раковой клетке с ним связались две молекулы онкомаркера, а второму — три молекулы. Выбирая вариант, мы можем регулировать, при каком количестве запустить противоопухолевую терапию, где требуется высокий или низкий порог концентрации онкомаркеров, чтобы отличить раковые клетки от здоровых. Теперь антисмысловой олигонуклеотид более точно и избирательно реагирует именно на раковые клетки. Ранее терапия вызывала гибель всех раковых и здоровых клеток, где была хотя бы одна молекула онкомаркера. Наша методика гарантирует более безопасную терапию.
Только есть нюанс: в низкой концентрации онкомаркер может находиться даже в здоровых клетках. А он, в свою очередь, выполняет важную функцию для нашего организма, но российская ДНК-конструкция повреждает только те онкомаркеры, которые находятся в больных клетках.
Только причём тут микроРНК? Всё просто. Например, существуют две схожие микроРНК: miR-17a-5p и miR-20. Первая может спровоцировать появление рака, а вторая регулирует жизнедеятельность клеток. Обе эти микроРНК можно выделить как онкомаркер, потому что отличаются они всего двумя нуклеотидами.
И если при таргетной терапии препарат ошибётся, то из-за небольшой разницы в составе он атакует здоровую клетку. Благо, российская ДНК-конструкция в состоянии их отличить. Именно благодаря тому самому исследованию и получилось создать такую конструкцию.
Благодаря учёным ИТМО, таргетная терапия станет безопаснее, а ошибок будет меньше. Каждый вид рака имеет свои онкомаркеры и свои клетки, которые питают опухоли, а новый метод позволяет дать каждому то лечение, которое ему необходимо.
Жизнь их к такому не готовила
Половой вопрос
Учёные решили провести эксперимент на мышах и узнать, действительно ли хромосомы определяют пол животного.
У млекопитающих пол зависит от генов — мужской ген SRY на Y-хромосоме развивает яички. Без него яичники будут развиваться по X-хромосоме, но не всё так просто. Учёные выяснили, что микроРНК может изменить экспрессию генов (реализацию) половых хромосом.
Специалисты удалили шесть микроРНК у мышей с XY или XX хромосомами. Мыши с XX хромосомами развивались, как заложено природой — по женскому типу, но у мышей с XY хромосомами произошёл сбой и появились ранние признаки развития матки.
Как оказалось, мужской ген SRY должен срабатывать в нужное время и в нужном количестве. Из-за того, что учёные убрали шесть микроРНК, этот ген не активировался, и поэтому мужские белки не синтезировались и у мышей поменялся пол.
Виктор Амброс и Гэри Равкан
Открытие микроРНК — важное открытие
Без обнаружения микроРНК медицина не продвинулась бы так далеко, как в наши дни — таргетная онкотерапия, препараты для лечения сердечных и многих других заболеваний не смогли бы появиться.
Даже необычные эксперименты учёных, такие как смена пола мышам, без микроРНК не случились бы. Так что, тяжело переоценить значение открытия Виктора Амброса и Гэри Равкана. Всё начиналось с обычного изучения червя, а привело к тому, что медицина способна остановить страшные заболевания и спасти немало жизней.