• MkoRNS

A mikroRNS definíciója és működése az állati szervezetben

A mikroRNS-ről általában

Definíció

A mikroRNS-ek (továbbiakban miRNS) már több, mint 10 éve ismertek, számuk egyre bővül, és mind a növény mind az állatvilágban univerzálisan megtalálhatóak. Olyan RNS molekulák, amelyek fehérjét nem kódolnak, viszont befolyásolják adott mRNS-ek transzlációját azáltal, hogy az mRNS molekula 3’ UTR (untranslated region=fehérjévé nem átíródó régió) részéhez kötődve többnyire gátolják a fehérje szintézist. Vagyis a miRNS-ek a génexpresszió (génkifejeződés) poszttranszkripciós szintű negatív szabályozóinak tekinthető. (Anett 2. )

A 90-es évekig „hulladék RNS-ként” emlegetett molekulák a bázispárosodás elveinek megfelelően kapcsolódni tudnak a szabályozandó gének mRNS-eihez, amely során gátolják a transzlációját, illetve indukálják degradációját. Ezek a rövid (19-22 nukleotid hosszúságú) egy szálú RNS-ből álló molekulák több génhez is kötődhetnek, egy miRNS akár több száz gén szabályozására is képes lehet, míg egy gént akár több miRNS is regulálhat. A miRNS-ek hatása a legtöbb esetben gátló, működésük következtében a transzláció nem megy végbe, tehát az mRNS-ből kevesebb fehérje képződik. A miRNS-ek szövetspecifikusak, tehát minden szövet egy rá jellemző miRNS mintázattal rendelkezik, amely gyakorlatilag ujjlenyomatként szolgál az adott szövet felismerése során. (Anett 4.)

Felfedezés

Az első miRNS-t (lin-4) 1993-ban írták le Caenorhabditis elegans-ban (talajlakó fonálféreg faj), mely az egyedfejlődés kontrolljában játszik szerepet, és ezt jelenséget akkor a fonálférgek különlegességének tekintették. 2000-ben ugyanebben a fonálféregben egy újabb ugyanolyan szabályozó mechanizmussal működő miRNS-t (let-7, egyedfejlődést és sejtdifferenciációt szabályoz) találtak, amelynek mind a szekvenciája mind az egyedfejlődési expressziós mintázata gerincesekben is nagyon hasonlónak bizonyult. Egy évre rá számos új miRNS-t azonosítottak gerincesekben és gerinctelenekben is.

Kialakulása

|<tablestyle="float:center; font-size: 0.85em; background: #eeeeee; margin: 0 0 0 0;" style="padding: 0.5em;":>
1. Ábra
mikroRNS szintézis ||

A miRNS készülhet transzkripcióval II. típusú RNS-polimeráz segítségével, ilyenkor még pri-miRNS-ről beszélünk, aminek egyik vége 7-metil-guaninnal van lezárva, míg a másikhoz több adenin molekula kötődik. Ezt egy endonukleázt is tartalmazó fehérje komplex alakítja pre-miRNS-sé, ami 60-70 nukleotidból áll. Pre-miRNS képződhet olyan intronokból, amelyekben miRNS kódolva van, mRNS splicing-on keresztül, ezt mirtronnak nevezik (az intron a DNS néma szála). A képződött pre-miRNS ez exportin-5 fehérje által jut ki a sejtmagból. A citoplazmában a Dicer-ként megkülönböztetett RN-áz hasítja 21-24 nukleotidot tartalmazó RNS duplexé. Ennek az egyik szála a RISC-hez (RNA induced silencing complex=RNS indukált némító komplex) kerül. Ez egy olyan fehérjékből álló csoport, ami meghatározza a szál további sorsát, kifejeződését. a másik szál pedig lebontásra kerül. Az ábrán feltüntetett AGO protein a RISC része. Feladata lehet további szeletelés vagy az említett 7-metil-guanin csoporton keresztül transzláció gátlás. Habár a legtöbb miRNS bevégzi a citoplazmában, akadnak olyanok, amelyek visszaszállítódnak a sejtmagba. (Gergő-képes)

Működése

Feltételezhetően a miRNs-mRNS komplementeritás százalékos aránya meghatározza a gátlás típusát. Ha 100%-os, akkor megtörténik az mRNS endonukleáz általi hasítása. Ugyanakkor a miRNS-ek középső részén fennálló rossz párosítások az mRNS transzlációjának gátlását idézik elő. A transzláció gátlásának módjára több hipotézis keletkezett:

1. Az mRNS sapkája (cap) a miRNS-RISC fehérjekomplexhez kötődik, meggátolva a transzláció megkezdését.
2. A miRNS előidézi az mRNS deadenilizációját, amelynek következtében az mRNS nem tudja a transzlációhoz szükséges cirkulációs formát felvenni.
3. A miRNS a riboszóma alegységek (unitok) leválását idézhetik elő röviddel a transzláció megkezdése után. (Anett 1.)

Általános szerepe

A miRNS-ek által szabályozott gének fontos életműködéssel kapcsolatos folyamatokat regulálnak, mint pl. az egyedfejlődés pontos, időbeli lefolyása, sejtdifferenciáció, szervek kialakulása, az őssejtek osztódása, sejtek sorsának meghatározása, apoptózis, jelátviteli utak enzimjei, haemopoetikus vonal differenciálódása, a gazda és a vírus interakció, de a betegségek, többek között a rák kialakulása is. (Anett1.)

A génexpresszió szabályozása révén a miRNS-ek már az egyedfejlődés kezdetétől fogva részt vesznek az élettani folyamatok szabályozásában, biztosítva ezzel a gének működésének összehangoltságát, a megfelelő fehérje-expressziós mintázat kialakulását. Az anyagcsere folyamatok szabályozásában betöltött szerepük révén egyes miRNS-ek megváltozott kifejeződése figyelhető meg cukorbetegségben, illetve a zsíranyagcsere zavaraiban is. (Anett 4.)

Egyes miRNS-ek elvesztése vagy alulszabályozása veszélyezteti az immunrendszer fejlődését, az immunválasz kialakulását és autoimmunitáshoz vagy rákhoz vezethetnek. A vírusok is felhasználhatják a miRNS-eket egyrészt, hogy fokozzák a saját kifejeződésüket, másrészt, hogy miRNS ortológokat juttassanak a fertőzött sejtekbe. (Anett 1.)

Konkrét példák

A nem kódoló miRNS-eket tartják a legjobb, legígéretesebb biomarkereknek, mert figyelemreméltó a stabilitásuk, rákspecifikusak és megjelennek a testnedvekben, főleg a vérben. Ennek ellenére kutatásuk nehézkes, mert egyénenként is változatosak és nehéz megkülönböztetni őket a nem tumor eredetű társaiktól. Kimutatták, hogy a mikro-RNS-ek expressziója patológiás állapotokban megváltozik a normális szinthez képest, ezért ezt eredményesen lehetne alkalmazni a betegségek pontosabb diagnosztizálásában.

• Hanahan és Weinberg felfedezett egy úgynevezett „kiterjesztett integrált áramkört” a rákos sejtekben. A sejtek különböző jeleinek egymásra hatása hasonlít egy áramkörhöz, ahol a miRNS-ek, mint ki-bekapcsolók helyezkednek el. Egészséges sejtek ilyen kapcsolóinak meghibásodása okozhatja olyan rendellenes utak létrejöttét, amelyek daganatos elváltozásokat eredményeznek. Egy-egy kapcsoló felelőssé tehető a rákos sejtek hat leglényegesebb tulajdonságával:
  1. hosszantartó önellátás növekedési szignálokkal
  2. érzéketlenség növekedés elleni és önmegújító szignálokkal szemben
  3. apoptózis kikerülése
  4. határtalan önmásolás
  5. érfejlesztés tápláláshoz
  6. invázió, áttétképzés
• Tüdőrák esetében próbálták megfigyelni egyes miRNS törzsek szerepét, mivel az egész világon a rosszindulatú daganatos megbetegedések 30%-át teszi ki, rossz a túlélési aránya és a klasszikus kemoterápiának ellenáll. Az eredmények azt mutatták, hogy bizonyos miRNS csoportok száma csökkent a tumor kivétele után a vérben, illetve azt szövettenyészetbe helyezve nőtt a szekretált miRNS-ek száma.
• A krónikus lymphocytás leukémia (CLL) kialakulásánál vizsgálták a miRNS-ek szerepét. Azt találták, hogy egy adott génszakasz a CLL-es betegek több mint felénél kiesik, ez a génszakasz kódolja a miRNS-ek 15-16-os csoportját. Így ezek hiányában következtethetünk a betegség fennállására.
• A miRNS-ek szerepét a rákos sejtek növekedésében és a kemoterápiára adott válaszában tanulmányozták. Ezt a kísérletet rákos epevezető sejtsorokon végezték. A miRNS 21, 200B és 141 jutott legjobban érvényre a beteg sejtekben. A két előbbi gátlására megnövekedett érzékenységet tapasztaltak különböző kemoterápiás gyógyszerekre, míg a 141-es gátlására csökkent a sejtnövekedés.
• A gyomorrák és a miRNS 29-es család érdekes fordított kapcsolatát fedezték fel. Ezen belül a 29 c-nek a legkisebb az előfordulása a gyomorrákban, mégis ez hozható kapcsolatba a legagresszívebb típusaival. Viszont további kutatások igazolták, hogy a miRNS 29-es család többi tagja a tumor gátlójaként funkcionál meghatározott génekre hatva, melyek a rák növekedéséért felelősek.
• Az emlőből kiinduló adenoid cisztikus carcinoma (ACC) esetek a nyálmirigyből kiinduló megfelelőjükhöz képest sokkal kedvezőbb klinikai kimenettel bírnak. Mivel a két szervből kiinduló ACC között szövettani különbség nincs, molekuláris szinten kellett választ kapni. A kutatások eredménye az lett, hogy egyes miRNS-ek kifejeződése mind az emlő, mind a nyálmirigy eredetű tumorokban eltért a normál kontrolljukhoz képest. A let-7b expressziója a nyálmirigy eredetű szövetben fokozódott, emlő eredetű tumoros esetekben pedig csökkent. A miR-24 mennyisége a nyálmirigy eredetű daganatban csökkent, emlőeredetűben nőtt.
• Orvostanhallgatók vérében 7 miRNS típus jelenlétét vizsgálták 2 hónappal illetve 2 nappal egy nagy vizsga előtt, és megállapították, hogy mennyiségük jelentősen csökkent a vizsgához közeledve. Ebből arra következtettek, hogy a miRNS-ek a krónikus stressz elleni válaszban is részt vesznek.
• A miRNS-eknek szerepe lehet az egyének és a fajok közötti kommunikációban. A keringő miRNS-ek hormonszerű hatásokat fejthetnek ki, aminek révén távoli sejteket befolyásolhatnak. Az anyatej is tartalmaz miRNS-eket, amik a csecsemőre hatva, az epigenetikai információ egyének közötti áramlását tehetik lehetővé. Illetve a táplálékban található miRNS-ek, így a növényi miRNS-ek is kimutathatóak a keringésben, és ott aktívak lehetnek.

Az említett kutatások eredményei alapján kimondhatjuk, hogy a miRNS-ek hatása meglehetősen sokrétű, így most is és a jövőben is rengeteg kutatás tárgyát képezik. Szerepet játszhatnak egyes élettani folyamatok molekuláris mechanizmusának megértésében, pontosításában, különféle betegségek diagnosztizálásában, korábbi felismerésében, illetve terápiás gyógymódok kialakításában.