МикроРНК и ее роль в клетках: за что дали Нобелевку по медицине? 

МикроРНК: новый взгляд на регуляцию генов

Информацию, хранящуюся в наших хромосомах, можно сравнить с инструкцией по эксплуатации для всех клеток нашего тела. Каждая содержит одни и те же хромосомы, то есть один и тот же набор инструкций. Тем не менее разные типы клеток, допустим мышечные и нервные, работают по-разному. Как возникают эти различия? Ответ кроется в регуляции генов, которая позволяет каждой клетке выбирать только правильные инструкции, то есть в каждом их типе активен определенный набор генов.

Открытие микроРНК произошло при изучении небольшого модельного организма C. elegans. Эта крошечная нематода, несмотря на свои скромные размеры, во многом схожа с эволюционно более продвинутыми животными. В ходе исследований ученые обнаружили, что микроРНК участвует в тонком процессе регуляции синтеза белков в организме этих червей. Это противоречило общепринятому в то время представлению о том, что регуляция активности генов ограничивается только транскрипционными процессами.

C. elegans — один из самых распространенных модельных организмов Фото: © Heiti Paves / Shutterstock / FOTODOM

Оказалось, что микроРНК могут связываться с молекулами мРНК и блокировать их дальнейший «перевод» в белки. В 1993 году Эмброс и Равкан показали, что микроРНК способны подавлять активность множества генов, тем самым контролируя биологические процессы на уровне клетки. Сперва ученые решили, что этот процесс уникален для нематод. Но в 2000 году выяснилось, что он универсален для всех многоклеточных организмов. Так что речь идет о фундаментальном биологическом механизме, необходимом для правильного развития и функционирования тканей и органов.

«Это важный момент в открытии механизмов регуляции экспрессии. МикроРНК регулируют многие процессы, протекающие в нашем организме. Возможно использовать их для разработки перспективных препаратов молекулярной медицины», — считает ведущий научный сотрудник Центра трансляционной медицины Научно-технологического университета «Сириус» Александр Егоров.

Александр Егоров Фото: © Алёна Енченко / пресс-служба «Сириуса»

Фундаментальное значение

Это открытие заставило ученых иначе взглянуть на процессы регуляции активности генов. До этого момента считалось, что регуляция генов происходит в основном на уровне транскрипции — процесса, в ходе которого ДНК кодирует матричную РНК, а та потом участвует в производстве белков. Но работа Эмброса и Равкана показала, что микроРНК может управлять активностью генов на более позднем этапе — после того, как мРНК уже синтезирована, но до того, как начинается производство белков.

Это открытие стало основой для дальнейших исследований, которые выявили, что микроРНК задействованы во множестве процессов в организме, включая развитие клеток, их дифференцировку, адаптацию к внешним условиям и поддержание нормальной работы тканей. Без нормального функционирования этих молекул сбои в регуляции клеток могут привести к серьезным заболеваниям, включая рак, диабет и нейродегенеративные расстройства.

Сегодня известно, что у человека больше тысячи различных микроРНК, каждая из которых играет свою роль в регуляции генов. Открытие Эмброса и Равкана стало отправной точкой для исследований в области молекулярной биологии и медицины, благодаря которым ученые смогли понять, как микроРНК участвует в жизненно важных процессах, таких как развитие эмбриона, контроль иммунных реакций и поддержание клеточного гомеостаза.

Прикладное значение

С момента открытия микроРНК ученые начали глубже изучать их роль в развитии заболеваний. Исследования показали, что изменения в активности этих молекул могут приводить к ряду патологий. Например, у пациентов с некоторыми видами рака было обнаружено неправильное функционирование микроРНК, которое способствовало неконтролируемому делению клеток и образованию опухолей.

Магнитно-резонансная томография — один из самых распространенных методов диагностики рака Фото: © VesnaArt / Shutterstock / FOTODOM

Кроме того, были найдены мутации в генах микроРНК, которые связаны с различными наследственными заболеваниями, такими как врожденная потеря слуха и дефекты костной ткани. Понимание того, как упомянутые молекулы регулируют генетические процессы, открывает новые возможности для разработки методов лечения этих и других заболеваний. Сейчас ведутся активные исследования по созданию препаратов, направленных на коррекцию нарушений в работе микроРНК.