Przełom w genetyce

Na stronach Uniwersyteckiego Centrum Medycznego Rochester opublikowano komentarz naukowy do najnowszych badań nad nowymi sposobami zmiany kodu genetycznego:

„Zielone Światło” w genetyce daje nadzieję na leczenie chorób.
Po raz pierwszy naukowcom udało się zwalczyć błędną formę „sygnalizacji genetycznej”

15 czerwca 2011

Najnowsze badania, opublikowane w czasopiśmie „Nature”, wykazały, że naukowcom udało się odkryć zupełnie nowy sposób zmiany kodu genetycznego. Wyniki, choć jeszcze w fazie początkowej, są znaczące, ponieważ mogą ostatecznie pomóc naukowcom zmienić bieg wyniszczających chorób genetycznych, takich jak mukowiscydoza, dystrofia mięśniowa oraz wiele form raka.

Kod genetyczny jest zestawem instrukcji w pojedynczym genie, które wskazują komórkom, w jaki sposób tworzyć określone białka. Zasadnicze znaczenie dla procesu produkcji białka ma informacyjny RNA, inaczej mRNA, który przyjmuje instrukcje z DNA i kieruje kolejnymi etapami jego syntezy. Po raz pierwszy naukowcy sztucznie zmienili informacyjny RNA, a co za tym idzie, zmieniona została oryginalna instrukcja do tworzenia białka, w efekcie czego powstało inne białko niż pierwotnie zaplanowane.

“Zdolność manipulowania procesem tworzenia białek w poszczególnych genach jest nowym cudem współczesnej medycyny” – twierdzi dr Robert Bambara, dyrektor Wydziału Biochemi i Biofizyki Uniwersytetu w Centrum Medycznym Rochester. „Jest to wspaniały pomysł, dzięki któremu możliwe będą próby powstrzymania tendencji do pewnych wyniszczających, a czasem i śmiertelnych chorób, co na zawsze zmieni życie cierpiących na nie ludzi”.

Procesowi produkcji białek daleko jednak do ideału. Częste mutacje i błędy w samym DNA i informacyjnym RNA mogą prowadzić do powstania wadliwego białka, co może powodować poważne szkody. W badaniach naukowcy skoncentrowali się na częstym typie mutacji, który występuje, gdy cząsteczka mRNA zawiera przedwczesny sygnał „stop”, znany jako przedwczesny „kodon stop”. Kodon taki nakazuje komórce zaprzestania czytania instrukcji genetycznych w pewnej części procesu syntezy białka, rezultatem czego jest tworzenie niekompletnej, skróconej cząsteczki białka.

Naukowcy byli w stanie zmienić mRNA w sposób, który zmienił sygnał „stop” na sygnał „działaj”. Dzięki temu komórka mogła przeczytać instrukcje genetyczne w sposób kompletny i stworzyć prawidłowe, pełnej długości białko.

Zespół naukowców uzyskał te wyniki zarówno w warunkach in vitro jak i na żywych komórkach drożdzy.
„To bardzo ekscytujące odkrycie” – powiedział Dr Yu Yi-Tao, szef badań oraz profesor Biochemii i Biofizyki w Centrum Medycznym. „ Nikt nigdy nie przypuszczał, że można zmienić ”kodon stop” w sposób, w jaki my to zrobiliśmy i pozwolić odczytywać informacje nieprzerwanie, co nigdy wcześniej nie miało miejsca”.

Odkrycia te są bardzo ważne, ponieważ obecne szacowania wskazują, że około jedna trzecia chorób genetycznych spowodowana jest obecnością kodonów wstrzymujących, które powodują skracanie białka. Wyniki badań mogą być niezbędne w rozwoju strategii leczenia, które polegałyby na pomocy organizmowi w zastąpieniu „kodonów stop” i wspomaganiu produkcji odpowiedniej liczby pełnej długości białek, których brak powoduje choroby takie jak mukowiscydoza, czy wiele typów raka.

Yu, wraz z pierwszym autorem, dr Johnem Karijolich, użyli innego typu RNA – przewodnika RNA – w celu zmiany informacyjnego RNA. Przewodniki RNA to krótkie RNA, które włączają się do określonych sekwencji w RNA i pozwalają tylko jednemu miejscu być zmienionym. „ Przewodniki RNA dają nam ogromną moc skupienia się w jednym miejscu w genomie i przeprowadzenia bardzo ukierunkowanych zmian” – zauważył Bambara.

Zespół stworzył sztuczny przewodnik RNA i zaprogramował go tak, aby był ukierunkowany i zmieniał odpowiedni „kodon stop” w mRNA. „Fakt, że ta strategia zadziałała – przewodnik RNA, który stworzyliśmy, znalazł drogę do celu, ”kodonu stop” i przeprowadził pożądaną zmianę struktury – jest dość niezwykłe. Nie sądzono, że przewodniki RNA będą miały dostęp do informacyjnego RNA. Nikt więc nie wierzył, że mogą dotrzeć do mRNA w celu jego modyfikacji", powiedział Karijolich, który prowadził badania jako absolwent w Rochester, a obecnie jest adiunktem w Katedrze Biochemii w Szkole Medycznej Wood Robert Johnson. „ Nasze wyniki przywołują pytanie, czy podobny proces może dziać się w sposób naturalny”.

„Poprzednie badania wskazały inne sposoby na zmianę kodu genetycznego, ale tym, co unikalne w tej metodzie jest fakt, że dzieje się to na poziomie RNA i dla konkretnej lokalizacji. Możemy spowodować, aby sztuczny przewodnik RNA ulegał ekspresji w komórce i skierować go do zmiany w jednym i tylko tym miejscu” powiedział Yu.

Zmiana informacyjnego RNA w ten sposób, może być innym mechanizmem, którego ludzkie komórki używają do tworzenia różnych typów białek. Biorąc pod uwagę naszą złożoność, ludzie mają zadziwiająco małą ilość genów. Podczas gdy wiadomo, że większość genów ludzkich odpowiada kodowaniu więcej niż jednego białka, to modyfikacja mRNA może być nieodkrytym sposobem na to, by ludzie mogli to robić.
Yu zamierza prowadzić dalsze badania nad tym, czy i jak ukierunkowane modyfikacje mRNA dzieją się naturalnie.

Źródło : http://www.urmc.rochester.edu/news/story/index.cfm?id=3226
Tłumaczenie: Pitiae

konsultacja biologiczna: Jacek Pachelski

RNA kwas rybonukleinowy - kwas nukleinowy, biopolimer zbudowany z rybonukleotydów połączonych wiązaniami fosfodiestrowymi. Tworzy zazwyczaj pojedyncze, nierozgałęzione łańcuchy polinukleotydowe. W skład nukleotydów tworzących RNA wchodzą: ryboza - cukier prosty (pentoza), reszta kwasu fosforowego oraz zasada azotowa: adenina, guanina, cytozyna lub uracyl. RNA powstaje prawie zawsze w procesie transkrypcji. Istnieje kilka typów RNA pełniących różne funkcje związane z ekspresją genów, m.in. informacyjny (matrycowy) RNA, rybosomalny rRNA i transportujący tRNA.

mRNA, matrycowy (informacyjny, przekaźnikowy) RNA (z ang. messenger RNA) – rodzaj kwasu rybonukleinowego (RNA), którego funkcją jest przenoszenie informacji genetycznej o sekwencji poszczególnych polipeptydów z genów do aparatu translacyjnego. Cząsteczki mRNA po przyłączeniu się do rybosomów stanowią matrycę do syntezy polipeptydów, w której kolejne trójki nukleotydów mRNA (tzw. kodony) są rozpoznawane przez odpowiednie fragmenty (tzw. antykodony) cząsteczek tRNA transportujących aminokwasy, dzięki czemu w procesie translacji powstaje właściwa sekwencja peptydu.

DNA – nośnik informacji genetycznej.