От малых до великих: нобелевку по медицине дали за открытие микроРНК

Достижение лауреатов 2024 года позволит управлять производством белков в клетках

Нобелевская премия по физиологии и медицине за 2024 год присуждена Виктору Эмбросу и Гэри Равкану за открытие микроРНК и ее роли в посттранскрипционной регуляции генов. Это вид молекул в клетке, который ученые долгое время считали «мусором», а их функция оставалась неизвестной. Однако лауреаты обнаружили, что микроРНК одного гена может отключать экспрессию другого. По словам экспертов, научный результат дал множество новых возможностей для управления производством белков на уровне клетки. Это уже начали использовать в фармацевтике и медицине, наверняка будут применять в сельском хозяйстве. Однако на данный момент весь потенциал достижения ученых, получивших высшую награду в мире науке, не раскрыт и ждет новых практических применений.

За что дали Нобелевскую премию

Лауреатами Нобелевской премии по физиологии и медицине в 2024 году стали Виктор Эмброс и Гэри Равкан, объявили 7 октября в Нобелевском комитете. Награда присуждена за «открытие микроРНК и ее роли в посттранскрипционной регуляции генов».

МикроРНК — это особый класс коротких молекул рибонуклеиновой кислоты (РНК), которые наряду с другими молекулами, определяют активность многих генов. Часто именно от него зависит, будет ли активен определенный ген в тех или иных клетках организма.

— Известно примерно в три раза больше белков, чем кодирующих их генов. Раньше считалось, что один ген — это один белок. Но теперь мы знаем, что это не так. Каждый белок может отличаться от своих собратьев. Именно это и регулируют мироРНК. Это огромное число различных молекул. Некоторые из них могут остановить чтение гена, другие, наоборот, стимулируют этот процесс или меняют финальную версию белка. МикроРНК влияют на геном и изменяют чтение информации из ДНК. Раньше эти молекулы считались «мусором». Но теперь мы понимаем насколько они важны, — сказал старший научный сотрудник Института иммунологии и физиологии Уральского отделения РАН Михаил Болков.

Посттранскрипционная регуляция гена — это этап, когда наследственная информация уже считана и начался синтез белка. МикроРНК вклинивается в этот процесс и изменяет его финальную структуру, добавил ученый.

В конце 1980-х годов Эмброс и Равкан работали в одной лаборатории, где они изучали червей рода C. Elegans размером около 1 мм. Несмотря на свои размеры эти организмы содержат множество видов тканей, например, нервных или мышечных, которые есть и у более сложных животных. Ученых интересовало, каким образом запускаются различные генетические программы, которые приводят к созданию различных типов клеток.

Исследователи анализировали два гена червей lin-4 и lin-14. Они обнаружили, что lin-4 ингибирует (подавляет) lin-14. Но, как это происходит, было не понятно. Оказалось, что регуляция происходит на поздней стадии в процессе экспрессии гена за счет остановки производства белка. То есть микроРНК lin-4 отключает lin-14, связываясь с последовательностями в его мРНК.

— МикроРНК названы так, потому что они имеют небольшую длину — 18-25 нукеотидов, вместо сотен, для других классов РНК. Это «переключатели», регулирующие работу генов в клетке. Сначала было открыто только несколько таких молекул. Сейчас их известны сотни, они разделены на несколько классов. Открытие позволило понять, как реализуется генетическая информация в клетке. МикроРНК открыты у растений, животных, бактерий, некоторых вирусов. Показано, что они могут даже передаваться из клетки в клетку. Кроме регуляции работы генов микроРНК также участвуют в процессах защиты организмовот проникновения вирусов, — сказал доцент кафедры экспериментальной биологии и биотехнологий УрФУ Александр Ермошин.

По словам эксперта, открытие поможет в создании вакцинных препаратов нового поколения, генотерапии врожденных заболеваний, генной инженерии. Пока весь его потенциал не известен, но микроРНК наверняка будут использовать не только в медицине, но и в сельском хозяйстве.

Какие возможности дало открытие

В 2006 году Нобелевскую премию получили Эндрю Файр и Крейг Меллоу за открытие в области РНК-интерференции (процесс подавления экспрессии гена). Награду этого года присудили за продолжение этой тематики, так как микроРНК использует тот же механизм.

— Эти знания использовал профессора Синъя Яманака (лауреат Нобелевской премии 2012 года, который первый в мире получил стволовые клетки человека из неэмбриональных клеток. — «Известия») когда он искал факторы, с помощью которых можно перепрограммировать клетки, ряд из них были связаны с микроРНК, — сказал руководитель лаборатории геномной инженерии МФТИ Павел Волчков.

По его словам, после этих открытий в мире появилось огромное количество компаний, которые разрабатывают препараты для ингибирования экспрессии различных белков с помощью микроРНК. Однако проблема в том, что пока это не специфичное воздействие сразу на множество мишеней. Сейчас у них очень много побочных эффектов, поэтому это направления развивается вместе с технологиями таргетной доставки лекарств, отметил эксперт.

По словам заведующей лабораторией репарации и регенерации тканей Института регенеративной медицины МНОЦ МГУ Анастасии Ефименко, интересное свойство микро-РНК состоит в том, что они могут переноситься между клетками в составе внеклеточных везикул — крошечных пузырьков, которые выделяют клетки различных тканей и органов в окружающую их среду. Это один из способов переноса генетической информации, который позволяет клетке влиять на реализацию генетической программы в другой клетке. И это открывает новые возможности и для фундаментальных, и для практических исследований.

— Наша команда работает в области регенеративной медицины, поэтому нас интересует, каким образом микро-РНК регулирует дифференцировку клеток. Это процесс, в ходе которого клетки приобретают свою специализацию. В частности, в лаборатории выявлены микро-РНК, которые позволяют направленно управлять процессом дифференцировки фибробластов — клеток, которые создают новые ткани на месте ран и других повреждений. Развитие знаний об этих микро-РНК позволит разработать новые препараты для лечения фиброза (образования рубцов при заживлении), — поделилась она.

По ее словам, также ученые активно изучают роль микро-РНК в обратном процессе — превращения специализированных клеток в стволовые. Последние — это «строительные блоки» нашего тела, которые могут превращаться в разные типы клеток.

Кроме того, добавила она, микро-РНК используют для диагностики заболеваний. Для этого в крови и других биологических жидкостях выявляют специфические микро-РНК, которые указывают на существование в организме патологических процессов. Такие маркеры могут указывать, например, на злокачественных образования или заболевания, связанные с нарушением иммунной системы.

В России создан препарат для лечения коронавирусной инфекции МИР 19, в котором для борьбы с вирусом используется микроРНК.