Nors ląstelės, sudarančios mūsų akis, inkstus, smegenis ar kojų pirštus, labai skiriasi tarpusavyje, visoms joms būdingas iš esmės tas pats DNR „brėžinys“. Iš kur tada atsiranda tokie dideli skirtumai tarp ląstelių?
Mokslininkai vis aiškiau mato, kad lemiamos savybės, apibrėžiančios kiekvienos ląstelės tapatybę, slypi ne vien DNR, o jos „pusbrolėje“ – RNR.
Iš pradžių RNR buvo laikoma gana „nuobodžia“ DNR biochemine gimine – manyta, kad jos pagrindinė funkcija yra pernešti genetinę informaciją iš DNR į kitas ląstelės dalis, kur pagal šią informaciją gaminami baltymai, atliekantys visas pagrindines ląstelės funkcijas.
Tačiau tik apie 2 procentus DNR iš tiesų koduoja baltymus. Visa kita – nekoduojančios DNR sekos – vadinama genomo „tamsiąja medžiaga“, kurios paskirtis vis dar aktyviai aiškinamasi. Būtent čia atsiveria 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 nukreipti, kurie genai bus įjungti ar išjungti, taip kurdami didžiulę ląstelių įvairovę.
Kai šie daugiafunkciai RNR tipai pradeda veikti netinkamai, tai gali lemti labai įvairias žmonių ligas.
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, kurios skiriasi dydžiu ir struktūra. Mažesnieji 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“, pritvirtinami prie RNR molekulių, kurie reguliuoja informacijos perdavimą. Šios RNR modifikacijos skiriasi nuo DNR modifikacijų, dažnai vadinamų epigenetiniais ženklais.
Skirtingai nuo DNR modifikacijų, kurios gali būti paveldimos, RNR modifikacijos atsiranda reaguojant į esamą ląstelės būklę. Jos yra daug dinamiškesnės ir gali labai stipriai keisti ląstelės struktūrą bei funkciją, įskaitant tai, kaip ir kada gaminami baltymai esant skirtingoms sąlygoms.
Pavyzdžiui, esant normalioms sąlygoms tam tikri RNR modifikacijų deriniai užprogramuoja tų RNR sunaikinimą, kurios koduoja arba padeda iššifruoti streso atsakui reikalingus baltymus. Patekus ląstelei į streso būseną, šis modifikacijų modelis pertvarkomas taip, kad šie baltymai galėtų kauptis ir padėti ląstelei prisitaikyti bei atsigauti.
RNR cheminių modifikacijų įvairovė gerokai didesnė nei DNR. Be pagrindinių RNR sudedamųjų dalių variantų, ląstelėje žinoma per 50 skirtingų cheminių modifikacijų tipų – tai vadinama žmogaus epitranskriptomu. Palyginimui, epigenetinių DNR žymenų yra tik keletas pagrindinių rūšių.
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.
Šios tRNR modifikacijos gali būti vienas iš pagrindinių vėžio vystymosi variklių ir chemoterapijos atsparumo mechanizmų, taip pat jos siejamos su raidos ir neurologinėmis ligomis.
RNome – kelias į sveikatos ir ligų supratimą
Palyginti su DNR, RNR yra daug nestabilesnė ir struktūriškai įvairesnė, o priemonių jai tirti ir sekuotėms nustatyti yra gerokai mažiau. Nors milžiniški resursai buvo skirti DNR sekai nustatyti vykdant Žmogaus genomo projektą, RNR ir jos daugybės modifikacijų analizė vis dar išlieka sudėtinga užduotis.
Vis dėlto technologijoms tobulėjant, tyrėjai dabar jau gali vis tiksliau tirti RNR modifikacijas ir suvokti jų potencialą ligų prevencijai ir gydymui.
Pastarieji du dešimtmečiai, skirti RNR modifikacijų tyrimams, lėmė vadinamąją „RNR renesanso“ bangą – RNR tapo viena patraukliausių didžiųjų biomolekulių, kurią siekiama išnaudoti kuriant naujas vakcinas ir vaistus.
Norint suprasti ir praktiškai panaudoti šią „tamsiąją“ RNR genomo dalį, reikia projekto, prilygstančio Žmogaus genomo projektui. Laboratorijos visame pasaulyje, pasitelkdamos naujas technologijas ir metodus, siekia išsekuoti visas organizmo RNR molekules – vadinamąjį RNome.
Norint pilnai sukataloguoti ir aprašyti RNR bei jos modifikacijas sveikose ir ligotose ląstelėse, reikės dar pažangesnių sekoskaitos technologijų, galinčių vienu metu aptikti daugiau nei vieną modifikacijos tipą.
Mokslininkai tiki, kad išsamūs 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.
