Nors ląstelės, sudarančios mūsų akis, inkstus, smegenis ar kojų pirštus, tarpusavyje labai skiriasi, visoms joms būdingas iš esmės tas pats DNR „brėžinys“. Iš kur tuomet atsiranda tokie dideli skirtumai tarp ląstelių?
Mokslininkai vis aiškiau mato, kad svarbiausios savybės, apibrėžiančios kiekvienos ląstelės tapatybę, slypi ne vien DNR, bet ir jos „pusbrolėje“ – RNR.
Iš pradžių RNR buvo laikoma gana „nuobodžia“ DNR biochemine gimine: manyta, jog pagrindinė jos funkcija – pernešti genetinę informaciją iš DNR į kitas ląstelės dalis, kur pagal šią informaciją gaminami baltymai, atliekantys esmines ląstelės funkcijas.
Tačiau tik apie 2 procentus DNR iš tiesų koduoja baltymus. Visa kita – nekoduojančios DNR sekos – dažnai vadinama genomo „tamsiąja medžiaga“, kurios paskirtis vis dar intensyviai tiriama. Būtent čia atsiskleidžia RNR paslaptis ir reikšmė.
Šioje „tamsiojoje medžiagoje“ nekoduojanti DNR transkribuojama į nekoduojančią RNR. Tai įvairūs mažieji ir ilgieji RNR tipai, kurie niekada nepaverčiami baltymais, tačiau gali reguliuoti genomą ir nulemti, kurie genai bus įjungti, o kurie – išjungti. Taip sukuriama milžiniška ląstelių įvairovė.
Kai šie daugiafunkciai RNR tipai ima veikti netinkamai, tai gali prisidėti prie įvairiausių žmogaus ligų.
RNR modifikacijos lemia ląstelės likimą
DNR saugo informaciją apie tai, kaip genai gali virsti baltymais, o RNR nurodo, kada ir kur tie baltymai turi būti gaminami. Kitaip tariant, DNR yra informacijos saugykla, o RNR – informacijos pasiekimo ir reguliavimo sistema.
RNR egzistuoja daugybė formų, besiskiriančių dydžiu ir struktūra. Mažieji RNR tipai ypač svarbūs ląstelės reguliacijai ir vystymuisi. Didžioji dalis iš DNR nukopijuotos RNR vėliau papildomai apdorojama ir chemiškai modifikuojama.
RNR modifikacijos – tai cheminiai „priedai“, prijungiami prie RNR molekulių ir reguliuojantys informacijos perdavimą. Šios modifikacijos skiriasi nuo DNR modifikacijų, kurios dažnai vadinamos epigenetiniais ženklais.
Skirtingai nuo DNR modifikacijų, kurios gali būti paveldimos, RNR modifikacijos atsiranda reaguojant į esamą ląstelės būklę. Jos yra kur kas dinamiškesnės ir gali reikšmingai keisti ląstelės sandarą bei funkciją, įskaitant tai, kaip ir kada skirtingomis sąlygomis gaminami baltymai.
Pavyzdžiui, normaliomis sąlygomis tam tikri RNR modifikacijų deriniai „užprogramuoja“ tų RNR sunaikinimą, kurios koduoja arba padeda iššifruoti streso atsakui reikalingus baltymus. Ląstelei patekus į streso būseną, šis modifikacijų modelis persitvarko taip, kad minėti baltymai galėtų kauptis, padėti ląstelei prisitaikyti ir atsigauti.
RNR cheminių modifikacijų įvairovė yra gerokai didesnė nei DNR. Be pagrindinių RNR sudedamųjų dalių variantų, ląstelėje žinoma daugiau kaip 50 skirtingų cheminių modifikacijų tipų – tai vadinama žmogaus epitranskriptomu. Palyginimui, epigenetinių DNR žymenų yra tik kelios pagrindinės rūšys.
Mokslininkų grupės, bendradarbiaudamos tarpusavyje, nustatė, kad tam tikrų RNR tipų – ypač pernašos RNR (tRNR), kuri tiekia baltymų „statybines medžiagas“ į jų surinkimo vietas – modifikacijų lygis daugelio ligų atvejais būna gerokai padidėjęs.
Manoma, kad šios tRNR modifikacijos gali būti vienas iš vėžio vystymosi variklių ir chemoterapijos atsparumo mechanizmų. Jos taip pat siejamos su raidos bei neurologinėmis ligomis.
RNome – kelias į sveikatos ir ligų supratimą
Palyginti su DNR, RNR yra daug nestabilesnė ir struktūriškai įvairesnė, o priemonių jai tirti ir sekoms nustatyti – gerokai mažiau. Nors Žmogaus genomo projektui buvo skirti milžiniški ištekliai DNR sekai nustatyti, RNR ir jos daugybės modifikacijų analizė iki šiol išlieka sudėtinga užduotis.
Vis dėlto technologijoms tobulėjant tyrėjai jau gali vis tiksliau tirti RNR modifikacijas ir geriau suprasti jų potencialą ligų prevencijai bei gydymui.
Pastarieji du dešimtmečiai, skirti RNR modifikacijų tyrimams, paskatino vadinamąją „RNR renesanso“ bangą: RNR tapo viena patraukliausių biomolekulių, kurią siekiama panaudoti kuriant naujas vakcinas ir vaistus.
Norint iš tiesų suprasti ir praktiškai išnaudoti šią „tamsiąją“ genomo RNR dalį, reikalingas projektas, prilygstantis Žmogaus genomo projektui. Laboratorijos visame pasaulyje, pasitelkdamos naujas technologijas ir metodus, siekia išsekuoti visas organizmo RNR molekules – vadinamąjį RNome.
Kad būtų galima išsamiai suklasifikuoti ir aprašyti RNR bei jos modifikacijas sveikose ir ligotose ląstelėse, prireiks dar pažangesnių sekoskaitos technologijų, galinčių vienu metu aptikti daugiau nei vieną modifikacijos tipą.
Mokslininkai tiki, kad detalūs RNome žemėlapiai paskatins naujų technologijų kūrimą, padės atrasti iki šiol nežinomus biologinius mechanizmus ir atvers kelią naujiems gydymo metodams, galintiems iš esmės pagerinti žmonių sveikatą.
