Kako 'kurirji' prenašajo sporočila med celicami

Sporazumevanje celic - Sodobne raziskovalne tehnike povezujejo eksperimentalno in računsko biologijo.

Objavljeno
28. april 2015 19.44
Dragica Bošnjak, Znanost
Dragica Bošnjak, Znanost
Človeško telo sestavlja več kot 75 milijard približno dvesto vrst celic. Z razkritjem človekovega genoma in pospešenim kopičenjem informacij o DNK je v znanosti ostala premalo raziskana »kurirska« vloga sporočilne molekule mRNK. Zdaj je na tem področju naredila prelomen korak skupina dr. Jerneja Uleta, slovenskega znanstvenika v Londonu, ki je študijo o tem objavil v zadnji reviji Nature.

Dr. Jernej Ule, profesor za molekularno nevrobiologijo na Inštitutu za nevrologijo, ki je del univerze University College London, ni novo ime na tem znanstvenem področju. Po doktoratu na univerzi Rockefeller v ZDA se je skoraj desetletje ukvarjal z raziskovalnim in pedagoškim delom v Cambridgeu. V preteklih nekaj letih so dosežke in raziskovalne načrte skupine, ki jo vodi, dvakrat izdatno finančno podprli v Evropskem raziskovalnem svetu (ERC), kot vodilni raziskovalec pa je tudi že prej objavljal v najodmevnejših znanstvenih revijah, kot so Nature, Science in druge. V novejšem obdobju se poglobljeno posveča predvsem kompleksnemu področju med proteini in molekulami RNK oziroma vprašanjem, kako celice uravnavajo gensko izražanje.

Na novo razkrite signalne poti

Zahvaljujoč pogostemu poročanju o genomu, genskih raziskavah, boleznih in obetih genskega zdravljenja, je verjetno v širši javnosti precej znana vloga znamenite dvojne vijačnice deoksiribonukleinske kisline (DNK), pa nemara še enojne vijačnice ribonukleinska kislina (RNK). Podrobnejše »rudarjenje« po nukleinski oziroma jedrni kislini, kamor spadata RNK in DNK, pa po nukleotidih, proteinih, sladkorjih, lipidih, ribosomu in drugih pa je že precej bolj zapleteno.

Tako dr. Ule pomaga iz tega labirinta zapletenega temeljnega znanstvenoraziskovalnega področja s poenostavljeno razlago lažje razumeti vlogo omenjene sporočilne molekule mRNK, ki dolgo niso bile deležne poglobljene znanstvene pozornosti. V njegovi skupini so raziskali in pojasnili, zakaj so na novo razkrite signalne poti za medcelično sporazumevanje tako pomembne.

»Naše celice potrebujejo kurirčke, ki prenašajo sporočila iz kontrolnega centra tja, kjer so pomembni dogodki. Kontrolni center je genom, kjer dolge molekule DNK nosijo genski zapis. Toda da se ta zapis izrazi, so, kot rečeno, potrebni celični kurirčki oziroma molekule RNK. Preden lahko začne nastajati protein, se mora genski zapis naprej prepisati v molekule mRNK, ki nato sporočilo prenesejo do celičnih 'obrtnikov', ki sestavljajo proteine. Proteini so, kot je znano, glavni igralci v celici in uravnavajo celično obnašanje. Delovanje proteinov pa je odvisno od njihove strukture, zato se največji del molekularne biologije usmerja v študije delovanja in strukture proteinov,« pojasnjuje dr. Jernej Ule.

Prezrte molekule mRNK

Poudarja, da so bile ob omenjenem raziskovanju proteinov, molekule mRNK pogosto prezrte, češ, »saj ubogi celični kurirčki samo prenašajo sporočila«; oznaka m pri RNK izhaja iz angleške besede messenger – gre torej za sporočilno molekulo oziroma nosilko informacij za proteine, ki sodelujejo pri gradnji in delovanju celic.

»Raziskovalci z ustanove University College London pa smo se odločili, da bomo to natančneje proučili, in dokopali smo se do zanimivih rezultatov. Pred kratkim nam je uspelo raziskati nekatere manj znane podrobnosti. Ugotovili smo, da imajo tudi molekule mRNK kompleksno strukturo, ki uravnava njihovo stabilnost in učinkovitost. To bi lahko pomagalo pojasniti, kako navidezno manjše mutacije, ki spremenijo strukturo mRNK, lahko vodijo v celične napake in s tem nevrodegenerativne bolezni, kot je alzheimerjeva bolezen,« še razlaga dr. Ule.

Nova študija, zdaj objavljena v reviji Nature, je v molekulah mRNK odkrila nenavadne povezave, ki nastajajo med deli molekul, ki so si med seboj daleč narazen. »Do zdaj ni bilo zanesljive tehnike za ugotavljanje takih povezav med oddaljenimi deli molekul mRNK, zato nismo vedeli, ali take povezave obstajajo,« pravi sogovornik. »Naše raziskave so pokazale, da te povezave v mRNK lahko vplivajo na obdelavo mRNK in njeno stabilnost.«

Celično odzivanje na stres

Skupina je raziskovala posebno molekulo mRNK, ki kodira protein in se imenuje XBP. V raziskovalnem projektu so to povezovali z raziskovanjem celičnega odziva na stres.

Zakaj gre pri tem? Dr. Ule pravi, da je protein XBP1 del signalne poti, ki našim celicam omogoča, da se odzivajo na stres, povezan pa je s človeškimi boleznimi. Napačno uravnavanje te poti lahko vodi v nevrodegenerativne bolezni, kot je alzheimerjeva bolezen.

»Ugotovili smo, da povezava med oddaljenimi deli mRNK, ki kodira XBP1, našim celicam pomaga, da se ustrezno odzovejo na stres. Raziskava tudi kaže zmanjšano raven genetske variacije v delih molekul mRNK, v katerih se tvorijo povezave. To pomeni, da se mutacije izogibajo teh delov, kar pa najverjetneje nakazuje, da bi mutacije lahko povzročile bolezni, če bi prekinile povezave celičnih kurirčkov. S tem ko razumemo, kako te povezave nastajajo, bomo lahko bolje razložili, zakaj gredo stvari narobe in se pojavijo bolezni. S tem bi našli rešitve za preprečitev razvoja teh bolezni.«

Raziskovanje genskih sporočil v možganih

Raziskovalna skupina prof. Jerneja Uleta na Inštitutu za nevrologijo, ki je del University College London, se sicer ukvarja predvsem z raziskovanjem obdelave genskih sporočil v možganih. Pojasnjuje, da je na splošno pomembna naloga živčnega sistema obdelava in shranjevanje podatkov, in ta skupina torej proučuje, kakšno vlogo imajo pri tem molekule RNK.

»Omenjene molekule prenašajo genske podatke iz DNK do ribosomov, ki genske podatke prevedejo v proteine oziroma beljakovine. Med tem prenosom se RNK temeljito spremeni in se obda s proteini, ki se vežejo na določene dele molekul RNK. V zadnjem obdobju se je pokazalo, da so ti proteini posebno pomembni v možganih, in mi si torej prizadevamo razumeti, kako se genska sporočila tvorijo in uravnavajo v možganih. Tehnike, ki jih uporabljamo, prečkajo meje med eksperimentalno in računsko biologijo. Uporabljamo inducirane pluripotentne matične celice iz zdravih posameznikov ali bolnikov z nevrodegenerativnimi boleznimi, ki jih nato spreminjamo v živčne celice. Nato proučimo molekularne mehanizme v teh celicah z uporabo globokega sekveniranja, kjer dobimo podatke o več kot milijon različnih stikih med proteini in RNK. Za ta namen uporabljamo tehniko, ki se imenuje CLIP, razvil pa sem jo že med doktorskim študijem v ZDA.«