A mégis kódoló szemét DNS lehet a következő terápiás szuperfegyver

Az elmúlt évtizedekben a tudományos kutatás majdnem kizárólag csak a genom 2%-ára, a protein-kódoló régiókra koncentrált, és nem törődött a többi 98%-kal, amelyet funkciótlan és felesleges, az evolúció során visszamaradt, szemét DNS-nek tartott. A legutóbbi évtizedben azonban fellendült a nem fehérjekódoló régiók vizsgálata, és egyre inkább megértjük, hogy szerepük alapvető a szabályozásban.

Most a Harvard orvosegyetemének részlegén, a Beth Israel Deaconess Medical Center-ben (BIDMC) dolgozó kutatók vezetésével egy újabb lépést sikerült megtenni a nem fehérjekódoló régiók egy alosztálya szerepének megértésével kapcsolatban: mint a kutatók a Nature-ben megjelent tanulmányukban kifejtik, a hosszú nem kódoló DNS-szakaszokról átíródó RNS (long non-coding RNA, lncRNS) alapvető szerepet játszik a sejtkomponensek szövetspecifikus szabályozásában, mégpedig pl. oly módon, hogy kis részletei mégiscsak transzlálódnak, és a létrejövő nagyon rövid polipeptidek interakcióba kerülnek egy speciális sejtszervvel, a lizoszómákkal, konkrétan a lizoszomális ATP-áz enzimhez kötődve akadályozzák az mTOR aktivációt, így közreműködnek az izomszöveti regenerációban és a tumorok kialakulásában.

Mint a tanulmány – mTORC1 and muscle regeneration are regulated by the LINC00961-encoded SPAR polypeptide – utolsó szerzője, a BIDMC rákközpontját vezető Pier Paolo Pandolfi kifejti, az lncRNS ugyanúgy íródik át a DNS-ről, mint az mRNS, de eddigi tudásunk szerint nem transzlálódik fehérjékké. Pandolfi és munkatársai most megvizsgálták, lehetséges-e, hogy lncRNS molekulák rövid szekvenciáiból mégis átíródnak rövid polipeptidek, illetve hogy az így megtalált rövid polipeptideknek van-e valamilyen funkciójuk, vagy azok valójában feleslegesek (az átíródott rövid polipeptidek megnevezésében óvatosabbak voltak, nem szemétnek tartották őket rögtön, de felvetették, hogy azoknak esetleg nincs is szerepük, pusztán mint „transzlációs zaj” jönnek létre).

A munka során a kutatók először is komputációs analízis révén megjósolták, melyek lehetnek azok a potenciális polipeptidek, amelyeket az ismert lncRNS molekulák kódolhatnak, majd tömegspektrometriával megállapították, hogy ezek a vélelmezett polipeptidek valóban expresszálódnak-e. Ezzel a módszerrel számos, eddig rejtve maradt rövid polipeptidet azonosítottak, majd ezek közül eggyel tovább folytatták a munkát (a 90 aminosavból álló polipeptidet a LINC00961 nevű lncRNS molekula kódolja).

A LINC00961-polipeptidről ezután molekuláris és biokémiai kísérletekkel kiderítették, hogy az a sejten belüli tápanyag-ellátottságot érzékelő mTORC1 proteinkomplex aktivitásának szabályozásában játszik fontos szerepet. Az mTORC1 proteinkomplex a sejten belüli tápanyag-ellátottság érzékelésén túl a sejt számos életfolyamatának szabályozásában is részt vesz – transzláció, metabolizmus, sejtnövekedés és –proliferáció –, így működésbeli zavarai betegségek, többek között rák kialakulását eredményezik.

Kiderült, hogy a LINC00961-polipeptid azt akadályozza meg, hogy az mTORC1 proteinkomplex érzékelje az aminosavak sejten belüli jelenlétét, ezért a polipeptidet a kutatók SPAR-nak nevezték el (Small regulatory Polypeptide of Amino acid Response).

A továbbiakban az is kiderült, hogy a SPAR-t kódoló lncRNS számos szövetben nagy mértékben expresszálódik, így pl. az izomszövetben is. Ezt követően a kutatók CRISPR/Cas9 módszerrel SPAR-specifikus knock-out egereket hoztak létre, és demonstrálták, hogy a SPAR polipeptid a sérülés utáni izomregeneráció szabályozásában vesz részt: azokban az egerekben, amelyekben megakadályozták, hogy izomsérülés után expresszálódjon a SPAR polipeptid, az mTORC1 proteinkomplex maximális aktivitással tudott működni, és a szövetregeneráció igen gyors volt.

A kutatók magyarázata szerint kísérleti módszerük lehetővé tette, hogy csak a SPAR polipeptid expresszióját gátolják, míg az azt tartalmazó LINC00961-polipeptid egésze expresszálódhatott, így lehetőség volt elkülöníteni a SPAR polipeptid hatását az lncRNS egyéb esetleges, nem-kódoló funkciójától. Az eredmények azt sugallják, hogy a sérült izomszövet SPAR polipeptid expressziójának gátlása révén a gyors szövetregeneráció terápiás eszköze kerül a kezünkbe.

A kutatás az lncRNS-ek fontos szerepén kívül arra is felhívja a figyelmet, hogy az mTORC1 proteinkomplex aktivitása a különböző szövetekben és sejtekben speciálisan is befolyásolható, egyes szövetekben megváltoztatható, míg más szövetekben érintetlenül hagyható, már csak azért is, mivel az lncRNS-ek expressziója zömmel egyébként is szövetspecifikus. Vagyis, az lncRNS-ek által kódolt kis polipeptidek befolyásolása révén egy olyan eszköz kerülhet a kezünkbe, amivel szövetspecifikus módon szabályozhatjuk a minden sejtben előforduló sejtalkotók működését.

Az mTORC1 proteinkomplex szabályozási zavarai gyakoriak rák esetén, és a BIDMC kutatói következő munkájukban azt fogják megvizsgálni, van-e a SPAR-nak szerepe más betegségekben is. Mint kifejtik, a sejt szenzoros útvonalainak szabályozása a jövő terápiáinak igen érdekfeszítő új lehetősége.