В понедельник, 7 октября, стартовала Нобелевская неделя, в ходе которой будут названы обладатели самой престижной научной премии в мире. Первыми стали известны имена лауреатов в области физиологии и медицины — выбор Нобелевского комитета пал на американских ученых Виктора Эмброса и Гэри Равкана. Их наградили за «открытие микроРНК и ее роли в посттранскрипционной регуляции генов». В разборе Собака.ru максимально просто объясняем, что это значит и почему это открытие очень важно для борьбы с раком и нейродегенеративными заболеваниями.
За что в этом году дали Нобелевскую премию по медицине?
Олег Кучур (научный сотрудник института биоорганической химии РАН и Университета ИТМО): В этом году Нобелевская премия была выдана двум американским ученым: Виктору Эмбросу и Гэри Равкану за открытие микроРНК (miR).
Что это такое? Мы помним из школьной программы, что рибонуклеиновые кислоты (РНК и ДНК) — это макромолекулы, которые хранят, переносят и реализуют информацию. Какое их функциональное отличие? Если ДНК хранит информацию, то РНК ее прочитывает, служит некоторым посредником между ДНК и белками, которые отвечают за функционирование нашего организма.
Долгое время молекулы РНК считались всего лишь переносчиками информации, матрицами для синтеза белков и пептидов. Однако в 1993 году были открыты те самые микроРНК, за которые сейчас дана Нобелевская премия. После этого ученым стало понятно, что РНК может не только передавать информацию, но и влиять на сам синтез ДНК и экспрессию (то есть выработку, — прим. Собака.ru) тех или иных генов, индукцию белков. А стало быть и на жизнь всего организма.
МикроРНК были впервые обнаружены в нематодах Caenorhabditis elegans — это такие круглые черви. Первоначально казалось, что это редкие, специфические молекулы, присущие определенным организмам, однако теперь известно, что они встречаются не только у червей, но и у растений, животных, человека и даже у вирусов, регулируя активность генов у этих организмов.
Научный мир сразу осознал значение этого открытия?
Олег Кучур (научный сотрудник института биоорганической химии РАН и Университета ИТМО): Нет, с 1993-го до примерно начала 2000-х на открытие Эмброса и Равкана почти не обращали внимания. За это время было открыто очень ограниченное количество различных микроРНК. Однако с началом эпохи геномики, с появлением новых методов исследования все изменилось — сейчас нам известно порядка 2 тысяч таких молекул.
Елена Леонова
Директор центра трансгенеза и редактирования генома СПбГУ:
Опубликованные результаты поначалу не вызвали никакого интереса у научного сообщества. Необычный механизм регуляции генов считался особенностью Caenorhabditis elegans, вероятно, не имеющей отношения к человеку. Однако в 2000 году другая научная группа открыла еще одну микроРНК, кодируемую геном let-7. В отличие от lin-4, ген let-7 есть у всех животных. Сегодня мы знаем, что у человека существует более тысячи генов различных микроРНК и что регуляция генов с помощью микроРНК универсальна для многоклеточных организмов.
Какие последствия сейчас имеет это открытие?
Олег Кучур (научный сотрудник института биоорганической химии РАН и Университета ИТМО): Сегодня нам известны две условные группы микроРНК: циркулирующие и внутриклеточные. Первые находятся в крови и других жидкостях организма, по наличию определенных miR в биологических жидкостях (сокращение от microRNA) мы можем судить о наличии определенных заболеваний, то есть использовать их в диагностике.
К примеру, при раке легких и груди можно заметить специфический уровень определенных микроРНК (таких как miR-21, miR-93) в плазме крови. Почему это происходит — дело в том, что микроРНК на фоновом уровне находятся и в здоровом организме. Однако в случае появления злокачественной опухоли — которая представляет собой не что иное, как неадекватно быстрое деление клеток какой-то ткани — наблюдается аберрантное состояние и уровень микроРНК. Клеток становится больше, микроРНК из них активнее попадают в кровь, и это служит хорошим маркером того, что пациенту необходимо лечение.
Еще один тип микроРНК — внутриклеточный. Эти молекулы можно использовать для лечения болезней. Дело в том, что микроРНК неслучайно называют именно так — они очень короткие. В них всего около 20 нуклеотидов, в то время как обычная РНК может включать несколько тысяч. В результате микроРНК не способны перенести информацию, но способны регулировать экспрессию генов, в том числе подавлять ее. Объясню, как это работает на примере онкологии.
В каждой нашей клетке работает порядка 20–30 тысяч генов, которые кодируют определенные белки. Некоторые из этих генов в ходе естественных (случайных) или индуцированных (будь то курение, вредная работа, радиация и что угодно) мутаций могут приобретать свойство «злокачественности», то есть становятся онкогенами. И вот теперь благодаря открытию Эмброса, Равкана и их последователей у нас появилась возможность влиять на такие потенциально «вредные» гены. МикроРНК буквально «садятся» на них и начинают их разрушать, заглушать, останавливая синтез необходимого для развития онкопротеина (биологического маркера начала опухолевого процесса). В итоге рост опухоли замедляется или вовсе останавливается.
Елена Леонова
Директор центра трансгенеза и редактирования генома СПбГУ:
На основе микроРНК разрабатываются препараты генной терапии, в частности препарат Нусинерсен (Nusinersen), прошедший клинические испытания и одобренный для лечения спинальной мышечной атрофии. На данном этапе на третьей фазе клинических испытаний находится препарат Сепофарсен (QR-110) для лечения амавроза Лебера ( ранней слепоты у детей), действие которого также основано на микроРНК .
Насколько широко применяется это открытие?
Олег Кучур (научный сотрудник института биоорганической химии РАН и Университета ИТМО): За 31 год, прошедший с открытия микроРНК, ученые нашли множество заболеваний, на течение которых можно влиять с помощью этих молекул: от болезни Альцгеймера и заболеваний сердечно-сосудистой системы до разных форм рака и инфекционных заболеваний.
В последние годы терапия на основе микроРНК (в том числе искусственно синтезированных) уже используются в клинической практике. С их помощью можно лечить колоректальный рак и рак молочной железы. Надеемся, что в скором времени эти методы будут внедряться и в России.
Почему это важно? Дело в том, что РНК-терапия сравнительно безопасна, она имеет намного меньше побочных эффектов, нежели химио- и радиотерапия, это связано с ее таргетностью (направленностью на определённую мишень в клетке). МикроРНК считаются достаточно безопасными для терапии, так как после связывания со своей мишенью они естественным образом разрушаются клеткой на отдельные нуклеотиды, которые живой организм использует для синтеза уже новых ДНК, РНК и други молекул.
Константин Захаров
Фармаколог, CЕО исследовательской компании «Экселлена»:
Взаимодействие микроРНК с транскриптом в клетке является тем самым механизмом регуляции трансляции, а значит, и биосинтеза белков. Белки выполняют очень широкие функции, в том числе и регуляторные. Несложно представить себе ситуацию, когда нарушения, связанные с микроРНК , приводят к нарушениям регуляции в биологических системах. Уже сейчас известны множество заболеваний, так или иначе ассоциированные с этими молекулами. Это онкологические заболевания, в том числе и болезни крови, есть сведения и об участии микроРНК в патогенезе атеросклероза, одной из ведущих причин смерти. Знание механизмов болезни дает и ключи к ее излечению. Уже сейчас разрабатываются лекарства, так или иначе использующие микроРНК в качестве мишеней или самих лекарств, а со временем их станет еще больше.
Текст: Константин Крылов, Алена Соколова, Дарья Скаянская
Комментарии (0)