Η Κρυφή ζωή του RNA (Α’ Μέρος)

Σε παλαιότερες εποχές (πριν το 1950), όταν οι πρωτεΐνες κατείχαν την πρωτοκαθεδρία του επιστημονικού ενδιαφέροντος (ακόμα και ο Watson, ως μέλος του PhageGroup θεωρούσε πως τα γονίδια αποτελούνταν από πρωτεΐνες που είχαν την ικανότητα να αυτοδιπλασιάζονται, ενώ το DNA είχε απλά στηρικτικό ρόλο για τις πρωτεΐνες), σίγουρα το DNA θα ένοιωθε “επιστημονική μοναξιά”… Όμως μετά την ανακάλυψη της δομή του, με τους Watson και Crick, άρχισε να προσελκύει το ενδιαφέρον και με το πέρασμα του χρόνου να αναδεικνύεται σε κυρίαρχο επιστημονικό ζητούμενο. Με αποτέλεσμα σήμερα η βιολογική επιστημονική κοινότητα να ασχολείται μανιωδώς με όλες τις ιδιαιτερότητες και ανεξιχνίαστους ακόμα κώδικες που κρύβει μέσα του το μοναδικό αυτό μόριο.

Και κάπου εκεί, στα βιβλία που αναφέρονται για το DNA, συνήθως διαβάζουμε για το RNA και το βοηθητικό ρόλο του στη διαδικασία της πρωτεϊνοσύνθεσης. Αν πιστέψουμε μάλιστα το Θουκυδίδη, που έλεγε «πως η Ιστορία είναι Φιλοσοφία που διδάσκεται με παραδείγματα», μήπως θα πρέπει να ξανασκεφτούμε την αντίληψη που έχουμε για το RNA;

Σίγουρα οι περισσότεροι γνωρίζουμε τις τρεις βασικές τους μορφές:

• m-RNA, αγγελιοφόρο RNA, που περιέχει κωδικοποιημένο μήνυμα για την σύνθεση πεπτιδίων
• t-RNA, μεταφορικό RNA, που μεταφέρει αμινοξέα στο ριβόσωμα και με επιλεκτικό τρόπο τα προσφέρει για την παραγωγή των πεπτιδίων
• r-RNA, ριβοσωμικό RNA, με σημαντικό ρόλο στη ριβοσωμική δομή και την πρωτεινοσυνθετική διαδικασία

Και βέβαια, αυτό που κυριαρχεί ως σημαντικότερο, είναι το m-RNA καθώς περιέχει τις πληροφορίες για την κωδικοποίηση των πεπτιδίων. Όμως, η έρευνα έρχεται για να ανατρέψει την παρούσα σκέψη και να θεωρήσει εξίσου σημαντικά (σε ορισμένες βιοχημικές διαδικασίες ίσως και σπουδαιότερα) εκείνα τα είδη RNA, που δεν κωδικοποιούν για κάποιες πρωτεΐνες (Noncoding RNA – ncRNA). Για να δούμε τα πιο σημαντικά από αυτά, και τις διαδικασίες στις οποίες εμπλέκονται:
Μικρά παρεμβαλλόμενα RNA (small interfering RNA – siRNA), που συμμετέχουν στον κυτταρικό μηχανισμό του παρεμβαλλόμενου RNA (RNA interference – RNAi). Δίκλωνα μόρια RNA (double-stranded RNAs – dsRNAs) προερχόμενα π.χ. από ιούς, μεγέθους >200 νουκλεοτιδίων εισέρχονται σε κυτταρικούς τύπους (π.χ. σκουλήκια, μύγες των φρούτων, φυτά) και ενεργοποιούν το μηχανισμό RNAi. Αρχικά τα dsRNAs διασπώνται σε siRNAs μεγέθους 20-25 νουκλεοτιδών με τη βοήθεια της RΝΑάσης Dicer. Στη συνέχεια τα siRNAsπροσδένονται σε σύμπλοκα με δράση ενδοριβονουκλεάσης (RNA-inducedsilencingcomplexes – RISCs), ξεδιπλώνονται ενώ καθοδηγούν τα RISCs σε συμπληρωματικά μόρια RNA, όπου το κάθε μονόκλωνο RNA ενώνεται και καταστρέφει το συμπληρωματικό του μόριο (βλέπε εικόνα). Στα κύτταρα των θηλαστικών, η εισαγωγή δίκλωνων RNA (dsRNA), μεγέθους μεγαλύτερου των 30 νουκλεοτιδίων ενεργοποιεί έναν αντιϊικο μηχανισμό ο οποίος προκαλεί καταστολή της πρωτεϊνικής σύνθεσης και διάσπαση RNA μορίων. Η δράση αυτή μπορεί να ανασταλεί, με την εισαγωγή ή την έκφραση των siRNAs.

Η αρχή μελέτης της δράσης του RNAi έγινε το 1998, με τη δημοσίευση στην επιστημονική επιθεώρηση Nature μιας εργασίας των διδακτόρων Andrew Fire (CarnegieInstitution’s embryology Research Centerin Baltimore) και Craig Mello (University of Massachusetts Medical School in Worcester). Οι ερευνητές έδειξαν για πρώτη φορά π;vς ένα μόριο RNA μπορεί να κρύβεται μέσα σε ένα κύτταρο, να ενεργοποιεί ένα γονίδιο για την παραγωγή μηνύματος για την κατασκευή πρωτείνης και όταν το εντοπίσει τελικά να το καταστρέφει. Η παρατήρηση έγινε στον νηματώδη C. elegans και από τότε διαπιστώθηκε η ίδια διαδικασία να συμβαίνει σε μύγες, σε ποντίκια, σε φυτά, σε ανθρώπινα κύτταρα. Με τη διαδικασία αυτή ανοίγονται νέοι ορίζοντες καθώς ο ερευνητής μπορεί πια να μελετήσει τα αποτελέσματα της δράσης κάθε γονιδίου στα κύτταρα.
Μία από τις σημαντικότερες εφαρμογές της τεχνολογίας του RNAi, φαίνεται να αποτελεί η γονιδιακή θεραπεία και ειδικότερα εκείνες οι γενετικές ασθένειες που οφείλονται σε αφθονία κάποιας πρωτεΐνης. Ήδη βρίσκονται σε εξέλιξη ερευνητικά προγράμματα που ευελπιστούν για άμεσες εφαρμογές στη θεραπεία από το AIDS και τις ηπατίτιδες Bκαι C. Ο στόχος της συγκεκριμένης θεραπείας είναι καταστολή παραγωγής ιικών πρωτεΐνων που θεωρείται σημαντική διαδικασία για τη δημιουργία των ιών και τον περαιτέρω πολλαπλασιασμό τους.

Ριβόζυμο (Ribozyme). Αναφέρεται και ως καταλυτικό RNAκαθώς έχει την ικανότητα να καταλύει κάποια βιοχημική αντίδραση. Συνήθως τα ριβόζυμα μπορούν να προκαλέσουν τη διάσπαση των ίδιων τους των δεσμών ή δεσμών άλλων RNA μορίων, αν και τελευταία έχει διαπιστωθεί πως μπορούν να επενεργούν και στη δράση αμινοτρανσφεράστης του ριβοσώματος. Το πρώτο ριβόζυμο ανακαλύφθηκε από τον T. R. Cech (μελετούσε την ωρίμανση του RNA του πρωτόζωου Tetrahymena thermophila κι εντόπισε το ριβόζυμο στο εσώνιο ενός RNA μεταγράφου το οποίο απομακρυνόταν μόνο του) και τον S. Altman (μελετούσε το σύμπλοκο της βακτηριακής RNAσης P, στο τμήμα της RNAσης που ήταν υπεύθυνο για των ωρίμανση των πρώιμων tRNAs). Αμφότεροι έλαβαν το Βραβείο Νομπέλ στη χημεία για την ανακάλυψη της καταλυτικής ιδιότητας του RNA.
Μικρό Πυρηνικό RNA (Small nuclear RNA – snRNA). Ομάδα μορίων RNA ολιγομελών νουκλεοτιδίων, που εντοπίζονται στον πυρήνα των ευκαρυωτικών κυττάρων. Παράγονται ως μετάγραφα με τη δράση των RNA polymerase II ή RNA polymerase III. Μεταξύ των λειτουργιών τους συμπεριλαμβάνονται η ωρίμανση του RNA (δηλαδή απομάκρυνση των εσωνίων από το ετερογενές RNA), ρύθμιση της δράσης των μεταγραφικών παραγόντων (7SK RNA) ή της RNApolymerase II (B2 RNA), διατήρηση της δομής των τελομερών. Αλληλεπιδρούν με εξειδικευμένες πρωτεΐνες δημιουργώντας σύμπλοκα γνωστά και ως μικρές πυρηνικές ριβονουκλεοπρωτεΐνες (small nuclear ribonucleoproteins – snRNP) ή μερικές φορές ως «snurps».
Μικρό RNA πυρηνίσκου (SmallnucleolarRNAs – snoRNAs). Ομάδα μικρών μορίων RNAπου συμμετέχουν σε διάφορες χημικές τροποποιήσεις, π.χ. μεθυλίωση και ψευδο – ουριδιλίωση κυρίως του ριβοσωμικού RNA, και άλλων RNA. Αυτές οι τροποποιήσεις θεωρούνται σημαντικές για την ενεργοποίηση της δράσης και της λειτουργίας του ώριμου RNA. Εντοπίζονται κυρίως στα εσώνια των ριβοσωμικών πρωτεινών και συντίθενται από την RNA polymerase II, αν και μπορούν επιπλέον να μεταγραφούν ως ανεξάρτητες μεταγραφικές μονάδες.
Στο Δεύτερο Μέρος: Άλλα είδη RNA, Νόμπελ στην Έρευνα του RNA