Małe nie znaczy nieważne - mikroRNA

Małe nie znaczy nieważne. Cząsteczki mikroRNA, odkryte w 1993 roku przez Victora Ambrosa, Rosalind Lee i Rhonda Feinbauma to średnio 22- nukleotydowe molekuły RNA regulujące ekspresję około 30% naszych genów. Swoją funkcję spełniają na drodze degradacji mRNA lub hamowania translacji białek. Te biologicznie aktywne cząsteczki RNA są zaangażowane w regulację szerokiego spektrum procesów życiowych, takich jak różnicowanie i śmierć komórek, metabolizm, rozwój osobniczy zwierząt, czy nowotworzenie. Nie dziwi więc fakt, że naukowców w ostatnich latach coraz bardziej absorbują zagadnienia związane z tymi intrygującymi cząsteczkami. Coraz lepsze poznanie sposobu działania mikroRNA pozwala na wykorzystanie zdobytej wiedzy w wielu obszarach związanych z funkcjonowania roślin, zwierząt i w końcu nas- ludzi. Wciąż nieustannie powinniśmy odkrywać „tajemne moce” mikroRNA, aby móc w pełni wykorzystać jeszcze nieokreślony potencjał tych molekuł.

Drodzy czytelnicy, postaram się Wam choć trochę przybliżyć możliwości aplikacyjne mikroRNA. Być może, w którymś z Was wykiełkuje nasionko ciekawości i zdecydujecie się na prowadzenie badań w tym kierunku.

W 2010 roku grupie badaczy z Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza udało się uzyskać przysłowiową „poznańską pyrę” odporną na działanie suszy. Takie rośliny powstały w wyniku wyciszenia ekspresji pewnego genu przez sztuczne cząsteczki mikroRNA (ang. artificial microRNA). To odkrycie może być przyczynkiem do tworzenia innych odpornych na niedobór wody warzyw np. kapusty, brukselki czy kalarepy, co zapewne zadowoliłoby niejednych rolników. Równie perspektywiczne wydają się być rośliny odporne na wirusy (np. wirus żółtej mozaiki rzepy, wirus mozaiki ogórków). Także tutaj swoją rolę odgrywają sztucznie stworzone mikroRNA.

A teraz coś dla smakoszy kawy, którzy ze względów zdrowotnych nie zawsze mogą sobie na nią pozwolić. Japońscy naukowcy, za sprawą cząsteczek regulujących ekspresję genów, stworzyli, transgeniczną odmianę kawowca, którego ziarna zawierają aż 70% mniej kofeiny! Popyt na bezkofeinową kawę ciągle rośnie. Głównie sięgają po nią ludzie wrażliwi, u których kofeina wyzwala kołatanie serca, podwyższone ciśnienie krwi czy bezsenność. Kawa bezkofeinowa jest pozbawiona właściwości pobudzających, niemniej jednak nadal można cieszyć się jej smakiem.

Technologia wykorzystująca cząsteczki mikroRNA przychodzi z pomocą również alergikom. Przykładowo, Gilssen i współpracownicy stworzyli hipoalergiczne jabłka, w których zahamowano proces powstawania Mal d 1, białka będącego główną przyczyną reakcji alergicznej. Inny zespół badaczy opracował sposób pozyskiwania krowiego mleka pozbawionego głównego alergenu, czyli β-laktoglobuliny. Takie zabiegi mogą poprawić komfort życia wielu nieszczęśliwców, dla których do tej pory najlepszym sposobem na pokonanie alergii było unikanie alergenów lub ograniczenie ich do minimum.

Ludzie zestresowani często wybierają alkohol, jako odskocznię od dnia codziennego. Substancja P (neuropeptyd) oraz receptor NK1 są zaangażowane w odpowiedzi na czynniki stresujące. Ostatnie badania przeprowadzone na myszach wykazały, że wyciszenie ekspresji genu kodującego receptor NK1, obniża ilość spożywanego alkoholu przez te gryzonie. Taki efekt został zaobserwowany również w przypadku zmodyfikowanych myszy, u których wyciszono gen kodujący enzym dehydrogenazę aldehydową-2. Uzyskane wyniki potwierdzają duży potencjał sztucznych mikroRNA jako środka terapeutycznego do leczenia ludzi uzależnionych od alkoholu.

MikroRNA są bardzo ważnymi molekularnymi komponentami naszych komórek. Ogromna liczba publikacji, jakie ukazały się w ostatnich latach, wskazuje na wyraźną zależność pomiędzy nieprawidłową ekspresją tych cząsteczek, a patogenezą wielu chorób człowieka, m.in. chorób serca, chorób immunologicznych czy nowotworów. Coraz bogatsza wiedza na temat roli mikroRNA w procesach chorobowych umożliwia przeprowadzanie wielu finezyjnych badań skupiających się na leczniczym wykorzystaniu tych regulatorowych molekuł, zwłaszcza jako czynników terapeutycznych.

Czy mikroRNA mogą być przydatne w monitoringu stanu naszego środowiska? Oczywiście, że tak. Zaburzenia w funkcjonowaniu opisywanych cząsteczek mogą być następstwem ekspozycji na szereg szkodliwych substancji, zanieczyszczających nasze jedzenie, wodę czy powietrze. Na przykład, niektóre metale ciężkie (arsen, kadm, aluminium) zmieniają wzór ekspresji wielu mikroRNA, jedne występują w nadmiarze, inne w niedomiarze. Łatwo można wydedukować, że obie sytuacje będą dla nas zazwyczaj niekorzystne i przyczynią się do rozwoju szerokiego wachlarza chorób. Co ciekawe, podczas przemieszczania się po naszych drogach samochodami z silnikiem diesla, wydzielane są cząstki spalin, które po przedostaniu się do naszych dróg oddechowych zmieniają poziom ekspresji aż 197 cząsteczek mikroRNA spośród 313 analizowanych. Również dym papierosowy, heksogen, czterochlorek węgla, dioksyny, dietylostilbestrol (lek przepisywany w latach 50. kobietom, które miały problemy z utrzymaniem ciąży; został wycofany po udowodnieniu związku między jego przyjmowaniem a wystąpieniem raka szyjki macicy), bisfenol A i wiele, wiele innych pozostawiają swój „odcisk” we wzorze ekspresji cząsteczek mikroRNA.

Moja praca doktorska, wykonywana w Katedrze Biotechnologii w Ochronie Środowiska (UWM) pod okiem prof. Pawła Brzuzana, to spojrzenie w świat toksynologii przez „molekularne” okulary. Woda to produkt najbardziej masowy i najmniej bezpieczny. Co roku w sezonie letnim na terenie Warmii i Mazur obowiązuje zakaz kąpieli w wielu akwenach wodnych. Taki stan rzeczy jest powodowany przez zanieczyszczenia mikrobiologiczne, zwłaszcza sinice. Jednym z najbardziej toksycznych i jednocześnie najczęściej występującym szkodliwym związkiem uwalnianym przez te organizmy jest mikrocystyna-LR. Toksyna ta, która wywiera silne działanie na wątrobę i układ nerwowy zwierząt, może stanowić zagrożenie dla ludzi spożywających skażoną wodę i żywność. Odkrycie i zdefiniowanie roli mikroRNA, uczestniczących w odpowiedzi komórek wątroby ryb na mikrocystynę-LR, z wykorzystaniem siei (Coregonus lavaretus), czułego indykatora zmian środowiska wodnego stanowi cel mojej pracy doktorskiej.

Od 2008 w Katedrze Biotechnologii w Ochronie Środowiska (UWM) prowadzone są badania dotyczące profilu ekspresji szeregu genów i mikroRNA uczestniczących w mechanizmie toksyczności mikrocystyny-LR. W poprzednim roku ukazała się publikacja w czasopiśmie „Aquatic Toxicology”, gdzie przedstawiono dane na temat poziomu ekspresji ośmiu cząsteczek mRNA, białka p53 („strażnika genomu”) oraz sześciu mikroRNA. Zaobserwowane różnice pomiędzy grupą kontrolną a eksponowaną na mikrocystynę-LR przesądzają o słuszności zaplanowanych badań.

Wykonanie analiz w zakresie pracy doktorskiej pozwoli na dobór odpowiednich biomarkerów mikroRNA w ekotoksykologicznych lub epidemiologicznych badaniach molekularnych toksyn, które stanowią poważne zagrożenie dla zdrowia ludzi i zwierząt. Moim naukowym marzeniem, związanym z pracą doktorską, jest poznanie unikalnych wzorów ekspresji mikroRNA, odzwierciedlających ilościowy i jakościowy charakter zanieczyszczenia naszego środowiska przeróżnymi toksynami. Biolog trzymający w ręku taką „molekularną mapę” mógłby w prosty sposób oszacować stopień zanieczyszczenia naszego środowiska. Czy to nie optymistyczna perspektywa? No cóż, czas więc zakasać rękawy i udać się do fascynującego mikroświata! 

Alicja Piasecka