Инструкция для генов. За что вручили Нобелевскую премию по медицине?

Американские ученые Виктор Амброс и Гэри Рувкун изучили, как крошечные молекулы РНК влияют на работу генов — в том числе на возникновение мутаций и рака

В понедельник, 7 октября, вручили Нобелевскую премию по физиологии и медицине — ее лауреатами стали Виктор Амброс (Медицинская школа Массачусетского университета ) и Гэри Рувкун (Гарвардская медицинская школа, Бостон) за открытие микроРНК и ее роли в посттранскрипционной регуляции генов. Это открытие позволяет понять, как работают гены, почему образуются мутации и развивается рак.

В слаженном ритме

Чтобы все наши органы и системы работали слаженно и так, как надо, они должны действовать по «инструкции», за которую отвечают гены. Именно в них заложена информация, которая «подсказывает» органу, как себя вести. Генетическая информация передается от ДНК к матричной РНК (мРНК) через процесс, который называется транскрипцией. Используя РНК как инструкцию, рибосомы производят белки (этот процесс называется трансляция).

Нюанс в том, что каждая клетка в нашем организме содержит один и тот же набор генов и соответственно один и тот же набор инструкций, при этом, например, мышечные клетки отличается от нервных. Как же возникают эти различия? Как раз благодаря регуляции генов, которая обеспечивает в каждом типе клеток активность определенного набора генов, что позволяет каждой клетке следовать соответствующим инструкциям.

Этот процесс должен постоянно совершенствоваться, чтобы клеточные функции адаптировались к изменяющимся условиям и в нашем организме, и в окружающей среде.

Нарушения в процессе регуляции генов могут приводить к развитию рака, или потере слуха, или другим заболеваниям, встречающимся у людей и животных.

Долгое время считалось, что за регуляцию генов ответственны специализированные белки, которые контролируют считывание генов, пока в 1993 году американские ученые Виктор Амброс и Гэри Рувкун не обнаружили еще одного участника этого процесса — ранее неизвестные крошечные молекулы РНК.

— Классическая регуляция генов происходит на уровне транскрипции, то есть до синтеза РНК через присоединение регуляторного белка к ДНК, — объясняет молекулярный биолог Виктория Доронина, научный сотрудник Манчестерского университета. — Но, как оказалось, после образования информационных РНК (иРНК) регуляция не заканчивается. К ним могут присоединяться короткие РНК (миРНК), которые блокируют считывание белков с иРНК (трансляцию).

Именно эти микро РНК и обнаружили биологи, изучая довольно непритязательный организм — круглого червя C. Elegans, не более миллиметра в длину.

Все как у червей

«В течение нескольких лет это открытие считалось странностью, свойственной маленькому червю и не имеющей отношения к человеку», — сказал на церемонии объявления лауреатов Олле Кямпе, профессор эндокринологии в Каролинском институте (Швеция) и вице-председатель Нобелевского комитета по медицине.

Первую микро РНК открыл Виктор Амброс, но прошло семь лет, прежде чем Гэри Рувкун обнаружил другую микроРНК, которая присутствует во всем животном мире. Сегодня идентифицированы уже более десятков тысяч микроРНК в различных организмах.

Дальнейшие исследования подтвердили, что регуляция генов микроРНК работает уже сотни миллионов лет, именно благодаря ей происходит эволюция все более сложных организмов, сообщается в пресс-релизе Нобелевского комитета по медицине.

Новая мишень

— Хотя открытие было сделано на нематодах, оно применимо и к людям, — объясняет молекулярный биолог Виктория Доронина. — Когда секвенировали геном человека, оказалось, что там не так много генов, которые кодируют белки, а масса регуляции происходит именно на уровне различных РНК, в том числе миРНК. Сейчас известно более тысячи миРНК, которые, кроме регуляции генов, участвуют в развитии и дифференцировке клеток, направляя эти процессы и обеспечивая правильное формирование органов и тканей. МиРНК участвуют в развитии рака, выполняя функции либо подавления опухолей, либо стимулирования их роста. Они также играют роль в сердечно-сосудистых заболеваниях, нейродегенеративных расстройствах и воспалении. МиРНК регулируют иммунные реакции и воспалительные процессы, влияя на работу иммунных клеток и сигнальных путей. Кроме того, миРНК имеют терапевтический и диагностический потенциал: изменение экспрессии миРНК может служить маркером заболеваний, а модификация их активности рассматривается как перспективный подход к лечению различных болезней. Таким образом, миРНК жизненно важны для поддержания клеточных функций, а их дисрегуляция связана с рядом заболеваний, что делает их перспективными мишенями для диагностики и терапии. А началось все с червей C. elegans, которых исследовали Виктор Амброс и Гэри Рувкун.