Jak we Wrocławiu czerpie się z odkryć tegorocznych noblistów?

Nagrodę Nobla w dziedzinie medycyny i fizjologii przyznano dwóm wybitnym naukowcom – Victorowi Ambrosowi i Gary’emu Ruvkunowi – za odkrycie mikroRNA oraz jego kluczowej roli w regulacji genów w organizmach wielokomórkowych, w tym u ludzi. Na Uniwersytecie Medycznym we Wrocławiu od wielu lat powstają prace badawcze, których tematem jest ekspresja różnych cząsteczek mikroRNA. Efekty tych odkryć i badań wykorzystują również specjaliści Uniwersyteckiego Szpitala Klinicznego we Wrocławiu. Informacje na temat tego, jak regulowana jest aktywność genów, pozwalają m.in. onkologom i hematoonkologom na bardziej precyzyjną diagnostykę.

Tegoroczna medyczna Nagroda Nobla skupia się na odkryciu mechanizmu regulacji aktywności genów w komórkach.

– Do momentu odkrycia mikroRNA wiedzieliśmy jedynie, że raptem ok. 2% DNA jest nośnikiem tzw. twardych danych genetycznych. Pozostałe 98% materiału było dla nas strefą niepoznaną, którą nazwano mianem epigenetyki lub, bardziej obrazowo mówiąc, „duchem genu”. Dzisiaj, dzięki odkryciom Ambrosa i Ruvkuna, już wiemy, że cechy genetyczne mogą być także nabyte i kształtowane przez szeroko pojęte środowisko – tłumaczy prof. Robert Śmigiel, kierownik Kliniki Pediatrii, Endokrynologii, Diabetologii i Chorób Metabolicznych Uniwersyteckiego Szpitala Klinicznego we Wrocławiu.

Informacja genetyczna przepływa od DNA do RNA za pośrednictwem procesu transkrypcji, a następnie mRNA (RNA przekaźnikowe) kieruje produkcją białek w komórce. Jak wyjaśnia jeden z noblistów, to geny instruują maszynerię komórkową, aby budowała określone białka, które wykonują większość pracy w komórce. Precyzyjna kontrola tego, które geny są przekształcane w białka, jest kluczowa dla życia.

Jednak z biegiem lat okazało się, że proces ten nie jest tak prosty. Ambros i Ruvkun odkryli nowego gracza – mikroRNA. Te maleńkie fragmenty informacji genetycznej, same w sobie nie kodujące genu, wpływają na to, czy dana instrukcja genetyczna zostanie zrealizowana, czy nie i mogą w pewien sposób zakłócać zaplanowaną produkcję białek. To nowe spojrzenie na regulację genów zrewolucjonizowało naszą wiedzę o tym, jak organizmy dostosowują swoje funkcje do zmieniających się warunków.

Nowa era w nauce

Odkrycie tegorocznych noblistów otworzyło nową erę w badaniach naukowych na całym świecie. Także na Uniwersytecie Medycznym we Wrocławiu od wielu lat powstają prace badawcze, których tematem jest ekspresja różnych cząsteczek mikroRNA. Dotyczą one rozmaitych dziedzin medycyny, m.in. onkologii, kardiologii, okulistyki czy ginekologii.

– Jedna z ciekawszych prac doktorskich, związanych z badaniem mikroRNA, dotyczyła niedrobnokomórkowego raka płuc. Po raz pierwszy udało się wskazać na istnienie mechanizmu znoszenia ekspresji określonego białka w komórkach tego raka z udziałem cząsteczek mikroRNA. Problem wymaga dalszych badań, pozwalających na pełniejsze zrozumienie molekularnych podstaw rozwoju tej choroby, co w przyszłości może przyczynić się do rozwoju nowej terapii celowanej – mówi prorektor ds. nauki UMW prof. Piotr Dzięgiel, jednocześnie kierownik Zakładu Histologii i Embriologii UMW.

Prof. Dzięgiel podkreśla, że na UMW, podobnie jak w wielu ośrodkach naukowych na świecie, w ostatnich dekadach prowadzone były i są dziesiątki badań nad ekspresją mikroRNA w różnych jednostkach chorobowych. Victor Ambros i Gary Ruvkun dokonali swojego odkrycia przeszło 30 lat temu i od tego czasu niezbicie wykazano wagę ich dokonań w aspekcie medycznym.

– To było przełomowe odkrycie, a w przypadku poznania mechanizmu rozwoju nowotworów może mieć wręcz kluczowe znaczenie dla wprowadzenia nowych metod skutecznej terapii – ocenia prof. Piotr Dzięgiel.

Znaczenie regulacji genów dla zdrowia

Regulacja genów to proces niezbędny dla utrzymania zdrowia. Gdy przebiega nieprawidłowo, może prowadzić do poważnych chorób, takich jak rak, cukrzyca, choroby kardiologiczne, psychiczne czy autoimmunologiczne. Odkrycia dokonane przez Ambrosa i Ruvkuna umożliwiają naukowcom lepsze zrozumienie tych procesów, diagnostykę i poszukiwanie nowych terapii, które mogłyby przeciwdziałać zakłóceniom w regulacji genów.

Współczesna biologia, a w ślad za nią medycyna, stale rozwija się w oparciu o to odkrycie. MikroRNA staje się kluczowym elementem w badaniach nad nowymi metodami leczenia wielu schorzeń. Praca tegorocznych laureatów Nagrody Nobla otworzyła nową erę w biologii molekularnej, przynosząc nie tylko głębsze zrozumienie mechanizmów regulacji genów, ale także nowe możliwości medycyny precyzyjnej i leczenia celowanego.

DNA nie zawsze jest przeznaczeniem

– Bardzo trafne jest porównanie ludzkiego genomu do pociągu, który ma wiele wagonów. W dużym uproszczeniu geny, czyli wagony, i znajdujące się między nimi nasze mRNA (RNA przekaźnikowe) jeżdżą po kodzie genetycznym, czyli po torach. Wszystko jest ze sobą doskonale skomunikowane. Natomiast mikroRNA są kimś w rodzaju zawiadowców stacji lub znaków drogowych i świateł. To one regulują wysiadanie z wagoników białek, które pełnią wybraną funkcję. Tą funkcją może być np. uruchomienie albo wyłączenie konkretnego genu. Ci zawiadowcy regulują ruch w trakcie naszego życia i zmieniają rozkład jazdy, dostosowując go do okoliczności – tłumaczy obrazowo prof. Robert Śmigiel.

W ostatnich latach dynamicznie rośnie zainteresowanie wpływem diety i czynników środowiskowych na kod genetyczny człowieka. Okazało się, że jest to szczególnie istotne w kluczowym okresie pierwszego tysiąca dni życia dziecka. W tym czasie rozwój organizmu jest najbardziej intensywny, a wszelkie modyfikacje środowiskowe, w tym przede wszystkim sposób odżywiania, mogą znacząco wpływać na zdrowie i ryzyko wystąpienia różnych chorób w dorosłym życiu.

Zjawisko to wiąże się ze wspomnianą już epigenetyką, dziedziną nauki badającą, jak czynniki zewnętrzne mogą wpływać na ekspresję genów, oczywiście bez zmiany samej sekwencji DNA.

– Teraz na nowo rozumiemy zasady dziedziczenia chorób. Przykładem jest wpływ odżywiania matki podczas ciąży na rozwój płodu, który może programować metabolizm dziecka na całe życie. Badania przeprowadzone w populacjach dotkniętych głodem podczas II wojny światowej, takich jak Holandia i Rosja, wykazały, że dzieci matek, które doświadczyły niedoborów żywności w czasie ciąży, miały większe ryzyko wystąpienia chorób metabolicznych, takich jak otyłość i cukrzyca, w dorosłym życiu. Modyfikacje dziedziczenia pojawiają się nie tylko na poziomie pokoleń, ale również w pojedynczym organizmie w ciągu jego życia – mówi prof. Śmigiel.

Wykorzystanie w USK we Wrocławiu

Specjaliści Uniwersyteckiego Szpitala Klinicznego we Wrocławiu już dziś wykorzystują wiedzę na temat funkcji mikroRNA w codziennej pracy. Dzięki lepszemu poznaniu mechanizmów sterujących funkcjonowaniem organizmu poszerzają się możliwości zarówno diagnostyki, jak i leczenia chorób, w tym tych rzadkich.

– Informacje na temat tego, jak regulowana jest aktywność genów, pozwalają m.in. naszym onkologom i hematoonkologom na bardziej precyzyjną diagnostykę, oznaczanie mikroRNA czy np. poznawanie dokładniejszego genotypu guza. Ma to oczywisty wpływ na szersze możliwości terapeutyczne, lepsze dobranie leków, stosowanie różnych kombinacji leków, również leków celowanych, indywidualnych dla danego pacjenta. W USK stosujemy leczenie epigenetyczne m.in. w ostrej białaczce szpikowej. To dzięki takim odkryciom w efekcie zwiększamy szanse pacjentów na pełne wyleczenie – podsumowuje prof. Śmigiel.

Źródło: Uniwersytecki Szpital Kliniczny we Wrocławiu/Uniwersytet Medyczny we Wrocławiu

Czytaj także: MikroRNA, bohater Nobla, reguluje ekspresję większości naszych genów