A molekuláris biológia világképében (amely a múlt század utolsó harmadában alakult ki) egyértelműen a DNS a legfontosabb molekula. Ez az átöröklés anyagi hordozója, ennek nukleotidsorrendje adja azt az információt, amely a fehérjék aminosavsorrendjét meghatározza és ezzel az életjelenségek legfőbb irányítója. Ez a meghatározottság azonban nem közvetlen, a DNS egyes szakaszairól – leegyszerűsítve: ezek a szakaszok a gének – RNS másolatok készülnek és ezek az RNS molekulák viszik el az információt a fehérjeszintetizáló sejtszervecskékhez. E „világképben” tehát a hírvivő RNS egyszerűen csak passzív információközvetítő. Az elmúlt fél évszázadban ez az egyszerű kép jelentősen módosult.
Az utóbbi néhány évben kiderült néhány gyakorlati, orvosi szempontból is újszerű szerepe és alkalmazási lehetősége az RNS-nek, a hírvivő, vagyis messenger ribonukleinsavnak. Elsőként talán érdemes tárgyalni a szakirodalomban RNA-editing néven tárgyalt jelenséget. A névnek elfogadott magyar megfelelője nincs, talán RNS-szövegkorrekciónak lehetne fordítani (az RNS angol megfelelője az RNA rövidítés). Amikor lehetővé vált a DNS nukleotidsorrendjének meghatározása (a múlt század hetvenes éveiben) kiderült, hogy úgy látszik a genetikai kód nem egységes az egész élővilágban. Egyes egysejtű állatok és a növények mitokondrium nevű sejtszerveiben az egységes kódtól való jellegzetes eltéréseket találtak, amelyek ellentmondani látszottak az uralkodó nézetnek az egész földi élővilág egységes eredetéről és evolúciójáról. 1986-ban fedezte fel a holland Robert Benne, hogy nem erről van szó. Ezekben az esetekben valójában az történik, hogy a DNS-ről készült RNS-másolatban, a messengerben, egy biokémiai mechanizmus változásokat idéz elő, A-t (adenin) G-re (guanin), vagy C-t (citidin) U-ra (uridin) módosít, mintha egy túlbuzgó nyomdai korrektor értelemmódosító ékezeteket helyezne el, vagy törölne el a megkapott kézirat szövegében. Ennek az RNA-editingnek a biokémiai mechanizmusát és előfordulási körét ma már jól ismerjük, biológiai jelentőségéről, ha úgy tetszik „értelméről” azonban fogalmunk nincs.
Szemét helyett kicsi
A másik fontos új jelenség azzal függ össze, hogy, amikor az első teljes DNS szekvenciákat megismertük, kiderült, hogy a magasabbrendű élőlények DNS-ének csak egy töredéke (embernél kevesebb, mint 2 százaléka) kódol fehérjét, azaz mindössze ennyit tesznek ki a hagyományos értelemben vett gének. Ha így van, akkor vajon mi a szerepe a többi, mintegy 98 százaléknak? Ezt akkoriban divatos volt „szemét (junk)” DNS-nek nevezni, de ma már tudjuk, hogy ez tévedés volt. Kiderült ugyanis, hogy ezeknek a fehérjét nem kódoló DNS-eknek döntő többsége, csaknem az egésze, ugyanúgy átíródik (azaz RNS-másolat készül róluk), mint a fehérjéket kódoló génszakaszok. Ezen átírási termékek egy része úgynevezett „kis-RNS”.
A név azt jelenti, hogy ezek a molekulák egy bizonyos – némileg önkényesen megállapított – mérethatár alatt vannak, azaz 200 nukleotidnál (ezek az RNS összetevő alapegységei) rövidebbek. Ezen nem-kódoló kis-RNS-ek egy részének (például a fehérjeszintézisben szereplő szállító-RNS-ek) funkciója és szerkezete már régen ismert volt, más fajtáikról az
utóbbi két évtizedben derítették ki, hogy milyen fontos szabályozó szerepük van, némelyiküket már terápiás célra is bevetették. Az érdekes új fejlemény az, hogy az átírt és fehérjét nem kódoló DNS szakaszokon 200 nukleotidnál jóval hosszabb, olykor óriási RNS-molekulák szintetizálódnak, ezek szakmai neve lnc-RNA (long-non-coding RNA = hosszú-nem-kódoló RNS). Ezek szerepének vizsgálata jelenleg a molekuláris biológiai kutatások egyik központi problémája. Általános elmélet még mindig nincsen e molekulák szerepéről, de egyes típusaikról már tudjuk, hogy távolba hatnak, azaz kimutatható, hogy a keletkezési helyüktől távoli több különböző gén működését is befolyásolni képesek.
Gyakorlati alkalmazások
Az eddigiekben ismertetett új fejlemények az RNS-ek szerepéről, elsősorban a kutatókat érdeklik, gyakorlati alkalmazásaik nemigen vannak. A következőkben azonban olyan új kutatási irányokról lesz szó, amelyek már fontosak az orvostudomány, a terápia számára is.
Elsőként talán a XXI. századnak arról a felfedezéséről érdemes beszélni, mely szerint kiderült, hogy a régebben is ismert úgynevezett „sejten kívüli hólyagocskák” (extracellular vesicles) RNS-t tartalmaznak. Ezek az apró hólyagocskák a sejteknél ezerszer kisebbek, zsírszerű hártyával vannak burkolva és minden testfolyadékban megtalálhatók, mint a nevük jelzi, a sejteken kívül. Az új és izgalmas fejlemény az, hogy az ezekben a hólyagokban található RNS-molekulák elemzése fontos diagnosztikus eszköz lehet. Az már biztos, hogy néhány ráktípus korai diagnózisát segítheti e hólyagok RNS-ének elemzése (például vizeletből kimutatható kezdeti stádiumban a hólyag-, vagy a prosztata-rák), de biztató előzetes kísérletek vannak arról, hogy egyes idegrendszeri betegségek (Alzheimer-kór) is diagnosztizálhatók így a tünetek megjelenése előtt. A diagnosztika mellett, terápiás lehetőségeket kínálnak a hólyagocskák, mint gyógyszerek szállítói, ugyanis a gyógyszermolekulák egyrészt így védve vannak a lebomlástól, másrészt nagyobb koncentrációban juttathatók el a célsejtekbe. Azt is kimutatták, hogy a hólyagocskák át tudnak jutni a vér-agy gáton és így tudnak célba juttatni gyógyszereket. Az utóbbi évek egyik legfontosabb új technológiája a „genomszerkesztés”, azaz azok a módszerek, amelyek lehetővé teszik elvileg szinte bármely pontján a genomnak, tervezett mutációk létrehozását. E genomszerkesztési technikák leghatékonyabbját, az úgynevezett CRISPR/cas9 módszert (lásd a szerző korábbi cikkét ebben a folyóiratban) sikerült kombinálni azoknak az enzimeknek egyikével, amelyek a jelen cikk elején tárgyalt RNS-szövegkorrekciót végzik, és így tervezett meghatározott módon lehet az RNS-ben változást, mutációt létrehozni. Mi lehet ennek a gyakorlati jelentősége? Erre egy példa a következő. A Nav1.7 nevű fehérje kontrollálja a fájdalomérzés közvetítését az agyba. Ha ezt a fehérjét egy DNS-mutációval működésképtelenné tennék, az a fájdalomérző képesség teljes elvesztésével járna, ami nyilván veszélyes és nem kívánatos. Ha viszont RNS-szövegkorrekcióval egyes szövetekben illetve szervekben, korlátozott ideig gátolnák a fehérje működését, az csökkenthetné a fájdalmat, anélkül, hogy az gyógyszeraddikcióhoz vezetne.
Magyarok a koronavírus-kutatásban
Különösen érdemes itt tárgyalni egy olyan új fejleményt, amelynek aktuálitását egyrészt a jelenlegi COVID-19 járvány adja, másrészt az, hogy a felfedezés magyar kutatók nevéhez fűződik. Karikó Katalin és Pardi Norbert, mindketten a szegedi egyetemen végeztek és a Szegedi Biológiai Központban kezdték kutatói pályájukat, de fontos eredményeiket az Egyesült Államokban a pennsylvaniai egyetemen érték el, a fiatalabb Pardi Norbert ott Karikó Katalin helyét foglalta el, aki most már egy fejlesztő vállalatnál dolgozik, sőt, a legújabb hírek szerint a cég alelnöke lett. Világszerte számos kutatóhelyen foglalkoznak azzal a lehetőséggel, hogy fehérje-gyógyszerkészítmények, illetve vakcinák helyett hogyan lehetne a kérdéses fehérjéket kódoló messenger-RNS-eket alkalmazni. Karikó, illetve Pardi két különböző típusú biokémiai szerkezetmódosítást alkalmaztak az RNS-en, amely alkalmasabbá teszi ezeket a molekulákat a sejtbe való bejuttatásra, és a terápiás, illetve antigénhatású fehérje sejten belüli szintézisére. Az a cég, ahol Karikó dolgozik, így próbál COVID-19 elleni vakcinát előállítani.
Befejezésül talán megemlíthető egy olyan kutatási eredmény, amely (egyelőre csak egerekben) megnyithatja a lehetőséget a Parkinson-kór gyógyítására. A Parkinson-kórban a középagy szubsztancia nigra nevű régiójában található dopamin-termelő neuronok pusztulása okozza a betegség tüneteit, ugyanis a neuronpusztulás következtében kialakult alacsony dopamin-szint következménye a jellegzetes mozgászavar. Nos, a közelmúltban kimutatták, hogy egy másik agyi sejttípus, az úgynevezett asztrociták átalakíthatók dopamintermelő neuronná. Jelen cikk kérdésfeltevése szempontjából az az érdekes, hogy ezt hogyan érték el a kutatók. Az asztrociták ugyanis termelnek egy PTB nevű RNS-kötő fehérjét. A két kutatócsoport, – különböző módszerekkel – egyikük egy kis-RNS molekula bevitelével, a másik pedig a CRISPR/cas9 technikával, előidézték a PTB-t kódoló messenger-RNS lebomlását, és ezáltal a PTB-fehérje eltűnését a sejtekből. Ennek következtében pedig az asztrociták átalakultak dopamin- termelő neuronná. A Parkinson-kórnak van egérmodellje és ezekben a parkinsonos egerekben a fenti beavatkozás a mozgásfunkciók jelentős javulásával járt. Természetesen az még kérdéses, hogy ez az eljárás alkalmazható-e emberen, és ha igen, ott is vezet-e javuláshoz, de mindenesetre, biztató új kutatási irányt jelez.
VENETIANER PÁL
A cikk a Természet Világa 2020. szeptemberi számában (151. évf. 9. sz.) jelent meg.
