Ribonukleová kyselina (RNA) je sivá eminencia. Určuje, či a ako sa geneticky zakódované vlastnosti prejavia.
Poznatky o nekódujúcej RNA mohli výskumníci uplatniť napríklad pri zostavení vakcíny proti ochoreniu COVID-19. Zdroj: iStockphoto.com
Ribonukleovú kyselinu (RNA) v minulosti vedecká obec trochu prehliadala, mnohé z jej funkcií boli totiž pomerne neznáme. Až v posledných rokoch prichádzajú vedci na to, aký markantný je jej význam a široké spektrum praktických aplikácií. O tejto sivej eminencii, ktorú často zatieňuje DNA, pripravila prvú časť z pripravovanej série článkov profesorka Iveta Herichová, ktorá pôsobí na Katedre živočíšnej fyziológie a etológie Prírodovedeckej fakulty Univerzity Komenského a dlhodobo sa zaujíma o RNA.
Čo vlastne robí DNA?
Dôležitosť DNA (deoxyribonukleovej kyseliny) dnes už pozná asi každý z nás, aj keď sme neštudovali biológiu či medicínu. Je všeobecne známe, že DNA je nositeľkou genetickej informácie. Od nej závisí, akí sme, aké máme choroby, ktoré sú práve jej pôsobením aspoň nejakou mierou dedičné. DNA je totiž to, čo dostávame do vienka od oboch rodičov. Vďaka dedeniu DNA vieme určiť napríklad aj rodinné vzťahy, čo má praktický význam pri dokazovaní otcovstva.
DNA bola vo vedeckej komunite dosiaľ na výslní, no teraz sa do popredia záujmu dostáva RNA. Zdroj: iStockphoto.com
Kombináciou otcovskej a materskej DNA dieťa nadobúda vlastnosti, ktoré sú tým rodičovským (a prípadne súrodeneckým) podobné, no nie identické. Príroda si tak zabezpečila variabilitu v rámci jednotlivých druhov, aby mal druh ako celok väčšiu šancu na prežitie v prípade zmien vonkajšieho prostredia. V prírode sa vždy nájde nejaká skupina jedincov, ktorá bude na nové podmienky trochu lepšie pripravená ako zvyšok druhu, a preto môže v kritických chvíľach druh zachrániť.
Aj keď význam DNA rezonuje v povedomí väčšiny Slovákov, oveľa menej známe je to, ako sa genetická informácia ukrytá v génoch v bunke uplatňuje prakticky. Čo presne sa s DNA udeje, kým sa rozhodne o tom, ako budeme vyzerať, aké budeme mať schopnosti či akými chorobami môžeme trpieť? A práve vtedy vstupuje do diania sivá eminencia RNA. V skutočnosti je to RNA, ktorá určuje, či a ako sa geneticky zakódované vlastnosti prejavia.
Každý človek je jedinečný a v tom spočíva úspešné prežitie ľudského druhu. Zdroj: iStockphoto.com
Sedávaj, fialka, v kúte, šťastie si ťa samo nájde
Asi takto by sa dala charakterizovať aktivita DNA v bunke. DNA je v skutočnosti dosť pasívny bunkový element. Je uložená v bezpečí jadra a za normálnych okolností sa odtiaľ ani nehne. Iné molekuly rozhodujú o tom, či je zvinutá do špirály, alebo rozvinutá, čo je nevyhnutnou podmienkou na to, aby sa genetická informácia v nej ukrytá v bunke vôbec nejako využívala.
Prvý krok k tomu, aby sa DNA prejavila, je syntéza RNA. RNA je, podobne ako DNA, vystavaná zo štyroch typov nukleotidov (základných stavebných jednotiek nukleových kyselín), ktoré podľa svojej štruktúry prisadajú k nukleotidom DNA. Následne vzniká mediátorová RNA (mRNA), podľa ktorej sú v cytoplazme syntetizované, čiže vytvorené proteíny. Proteíny sú bunkoví robotníci, ktorí urobia prácu. Sú výkonnou jednotkou, ktorá v konečnom dôsledku určuje našu výslednú podobu.
Človek má 20 000 génov kódujúcich proteíny
Je však veľmi zaujímavé, že hoci všetky somatické bunky človeka majú rovnakú DNA, môžeme v ľudskom tele rozlíšiť približne 200 typov buniek. Ako je to možné, keď majú všetky tieto bunky rovnaké gény?
Bunky jednej osoby sa medzi sebou odlišujú nie preto, lebo by mali odlišné gény, ale preto, lebo ich bunka využíva odlišne. Je to podobné, ako keby sme dvom ľuďom zadali úlohu navariť obed s tým, že si v obchode môžu vybrať ľubovoľné suroviny. Len s minimálnou pravdepodobnosťou by uvarili rovnaké jedlo. S bunkami a génmi je to podobné. Bunka nikdy nevyužíva všetky gény, ktoré má k dispozícii, ale vyberá si z nich. Tie gény, ktoré mieni použiť, slúžia ako podklad pre syntézu mRNA. Ostatné gény sú len tichým obyvateľom jadra bez priamej realizácie.
U človeka bolo identifikovaných približne 20 000 génov, ktoré kódujú proteíny. Zhruba polovica aktívne využívaných génov je rovnaká vo všetkých tkanivách. Tieto gény sa nazývajú housekeeping gény a ich proteínové produkty sú potrebné na udržanie základných funkcií bunky. Ostatné gény, ktoré bunka využíva, sa medzi tkanivami rôznou mierou líšia, niektoré sú aktivované vo viacerých tkanivách, iné len v jednom.
Človek má niekoľko typov buniek. Odlišujú sa preto, lebo bunka nikdy nevyužíva všetky gény, ktoré má k dispozícii, ale vyberá si z nich. Zdroj: iStockphoto.com
Odlišná RNA, odlišné vlastnosti
Práve tie gény, ktorými sa bunky medzi sebou odlišujú, určujú ich špecifické vlastnosti. Proces, v ktorom sa rozhoduje o aktivite alebo nevyužití jednotlivých génov, sa nazýva diferenciácia. Diferencované bunky plnia v ľudskom tele konkrétne funkcie. Napríklad sa v nich syntetizujú hormóny alebo enzýmy, vďaka vysokému obsahu aktínových a myozínových kontraktilných vláken môžu zabezpečovať pohyb; ak odpovedajú na vonkajšie fyzikálne alebo chemické vplyvy, plnia úlohu receptorov a podobne. To, čo je však v kontexte s funkciami mRNA pre všetky typy buniek jednotné, je skutočnosť, že na základe sekvencie DNA musí byť syntetizovaná mRNA, ktorá slúži ako návod na určenie poradia aminokyselín v bielkovinách, ktoré sú realizátorom špecifických bunkových funkcií. Je to skutočne všetko?
Znalosti o RNA sú také významné, že ich objaviteľom udelili Nobelove ceny v minulom aj v tomto storočí. Zdroj: iStockphoto.com
Nové funkcie RNA
O objav mRNA sa zaslúžili François Gros, François Jacob, André Lwoff a Jacques Monod. Posledným trom z uvedených vedcov bola za objasnenie úlohy mRNA v proteosyntéze udelená v roku 1965 Nobelova cena v kategórii fyziológia alebo medicína. Dlhé roky odborná komunita považovala práve túto funkciu za najvýznamnejšiu úlohu RNA v ľudskom tele. Lenže nezodpovedanou otázkou zostávalo, prečo DNA kódujúca mRNA zaberá z celkového objemu DNA len jedno až dve percentá. Na čo potom slúži zvyšných 98 percent obsahu DNA v jadre? Prečo evolúcia umožnila takéto plytvanie biologického materiálu pri každom bunkovom delení, keď nemá využitie?
Postupne vedci zistili, že nie iba kódujúca RNA, ale aj molekuly RNA, ktoré neslúžia ako podklad pre syntézu proteínov, čiže nekódujúca DNA (respektíve RNA), zohrávajú v bunke významné regulačné funkcie. Tým sa začala kaskáda objavov funkcií a možných využití nekódujúcej RNA. V tejto oblasti boli od roku 1965 udelené ďalšie dve Nobelove ceny (v roku 2006 a 2023) za objavy súvisiace s funkciami RNA v ľudskom tele a s ich využitím v medicíne. Praktické aplikácie poznatkov o nekódujúcej RNA priťahujú pozornosť nielen vedcov základného a translačného výskumu, ale aj farmaceutických spoločností. Najznámejším príkladom je vakcína proti ochoreniu COVID-19, ktorá zachránila milióny ľudských životov. Tejto téme sa budeme venovať v nasledujúcich článkoch o RNA.
Zdroje: DOI: 10.1074/mcp.M113.035600
https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/
(JM)
