Nejdřív se jevila jako porouchaná a neužitečná RNA. Později se ukázalo, že na ní závisí správné fungování těla. Nyní je z ní naděje pro budoucí léčbu nemocí.

O existenci mikroRNA bychom dodnes možná neměli tušení, kdyby si vědci nevšimli zvláštních půdních červů. Byla to háďátka obecná (Caenorhabditis elegans), která normálně měří kolem 1 mm. Jenže mezi běžnými červy byl i jeden obrovský a další naopak malinkatý.

Někdo by nad tím možná mávl rukou, ale Victor Ambros a Gary Ruvkun se tomu rozhodli přijít na kloub už v 80. letech minulého století, kdy pracovali jako postdoktorandi v laboratoři Roberta Horvitze.

Usilovná práce při zkoumání genetické informace háďátek nakonec vynesla všem třem Nobelovu cenu. Robert Horvitz ji dostal už v roce 2002, a to za genetické objevy důležité pro výzkum lidských onemocnění.

Victor Ambros a Gary Ruvkun ocenění obdrželi letos (v roce 2024), a to také v kategorii fyziologie a lékařství. Genetické mechanismy, které odhalili díky háďátkům, totiž hrají důležitou roli i u člověka.

Obří a trpasličí háďátka

Odhalit, proč je jedno háďátko obrovské, a druhé trpasličí, trvalo vědcům dlouhé roky. V laboratoři Roberta Horovitze se snažili identifikovat a izolovat hlavní podezřelý gen s názvem lin-14. Vzhledem k tomu, že v 80. letech se molekulárně genetické metody teprve rozvíjely, tak šlo o namáhavou a piplavou práci.

Victor Ambros a Gary Ruvkun později založili každý svou laboratoř, ale zůstali v kontaktu, což bylo klíčové pro pozdější průlomový objev. Ruvkun pokračoval ve zkoumání genu lin-14 a Ambros se zaměřil na další podezřelý gen, a to lin-4. Výsledky pak dali dohromady a zjistili mezi geny nečekanou souvislost, která posunula chápání toho, jak je genetická informace regulována.

Instrukce pro všechno

Geny regulaci skutečně potřebují. Samy o sobě jsou pouhými recepty, jak má buňka tvořit jednotlivé proteiny. Sadu genů v buněčném jádře lze přirovnat k tlusté kuchařské knize. Každá buňka ji má k dispozici, jenže zároveň každá potřebuje v daný okamžik „vařit“ něco trochu jiného.

Znamená to tedy, že například svalové buňky mají k dispozici stejný recept na výrobu inzulínu jako slinivka břišní, ale na rozdíl od ní hormon neprodukují. Potřebují ovšem proteiny pro správnou funkci svalů, které by se slinivce k ničemu nehodily.

Gen se musí přepsat

V době, kdy Victor Ambros a Gary Ruvkun začínali se zkoumáním háďátek, panovalo přesvědčení, že geny jsou regulovány pouze prostřednictvím takzvaných „transkripčních faktorů“. To není nic záhadného, jsou to prostě proteiny, které se navážou na určité místo DNA a tamní geny probudí k aktivitě.

To znamená, že se gen obtiskne jako kopie do podoby RNA. Má to hned dva praktické důvody: Především zůstává originál v podobě DNA bezpečně uložený v buněčném jádře pro další použití. A recept zkopírovaný do jednoho vlákna RNA může proklouznout z jádra ven a posloužit k výrobě proteinů.

Příliš krátká RNA

Recept, který přináší do cytoplazmy informace pro tvorbu proteinů, se označuje jako messengerová RNA, ve zkratce mRNA. I přes značnou podobu to není to samé jako mikroRNA (nebo také miRNA). A rozdíl není jen v písmenech zkratky.

Na mikroRNA narazil jako první právě Victor Ambros. Překvapil ho jeden z jejich genů, označený lin-4. Něco u něj nesedělo. Ať ho zkoumal se svým týmem, jak chtěl, tak mu vycházelo, že jeho kopie v podobě mRNA je příliš krátká na to, aby podle ní mohl vzniknout protein.

Měla pouze 22 stavebních jednotek, a to je prostě moc málo. Gary Ruvkun si to ověřil na jiném genu háďátka. Ten se jmenoval lin-14 a jeho mRNA měla kolem 3 000 stavebních jednotek, což je zcela běžné pro recept s instrukcemi na tvorbu proteinu. Vědcům začalo být jasné, že podle lin-4 v buňce žádný protein nevzniká.

Žádná mRNA, je to mikroRNA

K čemu by tedy lin-4 mohla sloužit? Odpověď na otázku naznačil jistý úsek mRNA genu lin-14. Ambros a Ruvkun s překvapením zjistili, že je totožný s lin-4. Uvažovali tedy, co se stane, když se v cytoplazmě jejich RNA na sebe navážou.

Série experimentů ukázala, že pak poklesne tvorba proteinu lin-14. Ambros s Ruvkunem tím objevili, že aktivitu genů ovlivňuje také tento dosud neznámý typ RNA, který pojmenovali mikroRNA. Přesně to vysvětlilo také rozdíl ve velikosti háďátek.

Obrovská háďátka měla nefunkční lin-4, což vedlo k tomu, že tato mikroRNA neomezovala produkci proteinu lin-14. Protože se ho tvořilo příliš mnoho, červi rychle rostli. S trpasličími háďátky to bylo ještě trochu jinak, objevená mikroRNA na ně žádný vliv neměla.

Jejich problémem byla mutace přímo v genu lin-14, kvůli které se nevytvářel protein lin-14 potřebný pro růst.

Nejen háďátka

Ambros a Ruvkun zveřejnili průlomový objev regulace genů v roce 1993 v prestižním vědeckém časopise Cell. Čekali mohutnou odezvu, ale nepřišla skoro žádná. Odborná veřejnost usoudila, že popsaný mechanismus je jakousi anomálií, která se týká pouze háďátek obecných.

Zklamaný Ruvkun na to reagoval tím, že se znovu hluboce ponořil do bádání. Po nějaké době odhalil se svým týmem u háďátek další mikroRNA pojmenovanou let-7. Pozoruhodné na ní bylo to, že se ji povedlo detekovat i u dalších živočišných druhů, a dokonce i u lidí.

Když v roce 2000 své výsledky zveřejnil, konečně přišel průlom. Nikdo už nepochyboval, že maličké kousky RNA hrají důležitou roli v regulaci genů. Výzkumu se začalo věnovat mnoho vědeckých týmů. V roce 2008 se objevily studie, podle kterých se mikroRNA nenacházejí jen v buňkách, ale také v mezibuněčném prostoru v tkáních.

Dají se najít v krvi nebo třeba ve slinách. A to je pro případné využití v medicíně velice důležité.

Regulační sítě

V současnosti je u lidí známo asi 1 000 různých mikroRNA. Některé z nich ovlivňují pouze jeden gen, podobně jako lin-4 u háďátek, častěji ale regulují vícero genů. Jedna mikroRNA může ovlivňovat například ukládání tuků v játrech a zároveň jejich vylučování žlučí.

Jednotlivé mikroRNA jsou propletené, takže vytvářejí složité regulační sítě. Vědci si všimli také toho, že některé mikroRNA se mnohem častěji vyskytují v určitých tkáních a v jiných zase chybí.

Souvisí s rakovinou

Ke změnám v produkci mikroRNA dochází v reakci na vnější i vnitřní vlivy, především při různých onemocněních. Tým vědců z Philadelphie zveřejnil v roce 2004 studii, podle které se přibližně polovina genů kódujících mikroRNA nachází v oblastech genetické informace, které jsou spojeny s nádorovým bujením.

A skutečně mnoho dalších výzkumných týmů potvrdilo, že při rakovině se mění hladiny nejrůznějších mikroRNA. Příkladem mohou být mikroRNA 15 a mikroRNA 16, které chybí u pacientů s jedním typem leukémie.

Zjistilo se, že v genetické informaci těchto lidí dochází k vymazání malého úseku, ve kterém se nachází geny pro tyto mikroRNA. To je poměrně velký problém, jelikož mikroRNA 15 a 16 mají silný protinádorový účinek.

Bez jejich působení nádorové buňky unikají buněčné smrti a nekontrolovatelně se množí. Podobné mechanismy byly nalezeny i u dalších typů rakoviny. Výzkum se zabývá také vlivem mikroRNA na mnohá další onemocnění, významné poznatky pocházejí z oborů jako je kardiologie a nefrologie.

V současnosti medicína nepoužívá mikroRNA jako ukazatele onemocnění, ani v léčbě. Dá se ovšem předpokládat, že to další výzkum v budoucnosti umožní.

Autorka: Kateřina Pavelcová