Объяснение: РНК-интерференция

Каждый школьник на уроках биологии изучает основы экспрессии генов: ДНК, главный хранитель информации клетки, копируется в матричную РНК (мРНК), которая несет инструкции по сборке белка к рибосоме — части клетки, где белки синтезируются.

Однако картина оказалась гораздо сложнее. В последние годы биологи обнаружили множество других молекул, которые тонко регулируют этот процесс, включая несколько типов РНК (рибонуклеиновой кислоты). Благодаря естественному феномену, известному как РНК-интерференция (RNAi), короткие цепочки РНК могут избирательно перехватывать и уничтожать мРНК до того, как она доставит свои инструкции.

Ученые сейчас разрабатывают методы лечения болезней на основе РНК-интерференции, которая предлагает заманчивую возможность «выключить» любой ген в организме.

«С помощью RNAi мы можем создать небольшую РНК, соответствующую любому гену или любой его части, и «заглушить» его. Затем мы можем спросить, какова потенциальная польза от подавления этого гена в процессе болезни», — говорит профессор MIT Филипп Шарп.

В 2006 году Нобелевская премия по физиологии или медицине была присуждена двум ученым, включая Эндрю Файера (получившего PhD в MIT в 1983 году под руководством Шарпа), за открытие РНК-интерференции. В 1998 году Файер и Крейг Мелло показали, что при введении в червя C. elegans коротких двуцепочечных молекул РНК с последовательностями, комплементарными определенной мРНК, производство белка, кодируемого этой мРНК, прекращается.

Вот как это работает:

Молекулы двуцепочечной РНК, называемые siRNA (короткая интерферирующая РНК), связываются с комплементарной мРНК, а затем привлекают на помощь белки, образующие RISC (RNA-induced silencing complex). Эти белки разрезают химические связи, удерживающие мРНК вместе, и не дают ей доставить инструкции по построению белка.

Этот механизм возникает естественным образом и, возможно, эволюционировал, чтобы дать клеткам дополнительный контроль над экспрессией генов, особенно во время эмбрионального развития. Он также может служить защитным механизмом против вирусов, пытающихся вставить свой генетический материал в клетки.

РНК-интерференция также может осуществляться с помощью микроРНК — короткой одноцепочечной молекулы РНК. Явление РНК-интерференции наблюдается у широкого спектра видов, включая растения, бактерии, плодовых мушек и людей.

Ученые показали, что синтетическая siRNA, введенная в человеческие клетки в лаборатории, может успешно отключать гены. Это вселяет надежду, что такие болезни, как рак, муковисцидоз, болезнь Хантингтона и другие, вызванные неисправными генами, можно будет лечить с помощью РНК-интерференции.

Проблема доставки

Прежде чем такие терапии станут полезными, ученые должны выяснить, как эффективно доставлять малые молекулы РНК в целевые клетки. Шарп и другие исследователи из MIT работают над методом доставки, который упаковывает РНК в слой жироподобных молекул, называемых липидоидами, способных проникать через жировую внешнюю мембрану клеток. Им уже удалось с помощью липидодов успешно доставить РНК в клетки печени и легких у мышей и обезьян. Они надеются начать клинические испытания в течение следующих двух лет.

Шарп также сотрудничает с профессором Сангитой Бхатиа в области поиска лучших способов нацеливания наночастиц, несущих РНК, на определенные клетки, например, опухолевые.

Предстоит долгий путь, говорит Шарп, но потенциал РНК-интерференции огромен.

«Открытие РНК-интерференции открыло нам глаза на совершенно новый аспект биомедицинской науки и биологии, о котором мы даже не подозревали».

Предоставлено Массачусетским технологическим институтом