Wpływ mikroRNA na zróżnicowanie organizmów

Paweł Szablewski | 2008-08-17

Złożoność żywych organizmów i jednocześnie precyzja ich funkcjonowania zawsze fascynowała. Na dzień dzisiejszy cała wiedza jaką dysponujemy nie pozwala ani zbudować ani nawet zaprojektować żadnego z nich. Wydaje się za to, że udało się znaleźć główny mechanizm kreujący złożonością budowy organizmów wyższych – "DNA śmieciowe".

Prace prowadził zespół z Dartmouth College i Bristol University’s Department of Earth Sciences. Badania objęły prymitywne gatunki ryb - rekiny, bezżuchwowce (Agnatha) i osłonice (Tunicata). Wszystkie te zwierzęta należą do strunowców (Chordata). Najbardziej znanymi przedstawicielami tego typu są kręgowce z gromadami: ryb (w tym rekiny), płazów, gadów, ptaków i ssaków (w tym człowiek). Charakteryzują się one najbardziej złożoną budową w omawianej grupie. Następną są bezżuchwowce. Stanowiące nadgromadę w kręgowcach. Wyglądem przypominają ryby, różnią się od nich brakiem żuchwy i bardzo giętkim ciałem, pozwalającym niektórym z ich przedstawicieli zawijać się w supełek. Najprostszymi organizmami są osłonice, są to zwierzęta osiadłe lub swobodnie unoszące się w toni wodnej. Wyglądem przypominają gąbki lub meduzy. Ich formy larwalne posiadają strunę grzbietową (u kręgowców przeobrażoną w kręgosłup), a osobniki dorosłe skrzela.

Zespół badając mikroRNA tych grup zwierząt stwierdził, ze jest ono silnie zróżnicowane u kręgowców, natomiast względnie w niewielkim stopniu u ich prostszych krewniaków. Naukowcy mówią wręcz o eksplozji form mikroRNA u wyższych form ewolucyjnych. Największy wzrost zróżnicowania mikroRNA zaobserwowano miedzy rybami a bezżuchwowcami, a następnie miedzy bezżuchwowcami a osłonicami.

Wiele z tych fragmentów pełni kluczową rolę w regulacji genów procesów wzrostowych i rozwojowych różnych ważnych organów (organogenezy) kręgowców jak np. wątroby, trzustki czy mózgu. Bez ich udziału prawidłowe wykształcenie się tych organów jest niemożliwe. Biorą także udział w procesach apoptozy (śmierci komórki) i embriogenezy. Szacuje się, iż u ludzi mikroRNA bierze udział w regulacji ekspresji 30% genów.

Znaczący wpływ tych cząstek stwierdzono także w procesach regeneracji narządów (płetwy) u rybki danio. Może mieć ona również negatywny wpływ po przez nieprawidłowe działanie, na tworzenie się niektórych form raka np. wątroby, białaczki.

MikroRNA jest jednoniciową, niekodującą cząstką RNA długości około 20 nukleotydów. Występuje ono w różnych częściach DNA, najczęściej niekodujących („DNA śmieciowe”) ale także w egzonach (zawierających informacje o budowie białka). Transkrypcja z DNA jądrowego następuje przy udziale polimerazy II RNA. Następnie kompleksy takie zostają poddane obróbce potrankrypcyjnej. W cytoplazmie komórek występuje w formie kompleksu rybonukleinowego miRISC (ang. microRNA induced silencing complex), mającym zdolność wiązania się z mRNA (ang. MessengerRNA - przenosi informacje o budowie białek odczytaną z DNA) i przez to wpływać na powstawanie i funkcjonowanie białek.

Badania te wskazują, iż najważniejsze w procesach ewolucyjnych jest nie powstawanie nowych genów, a zmiany w procesach regulacyjnych już istniejących. Może to także tłumaczyć dlaczego liczba genów u zwierząt z poznaną sekwencją DNA jest znacznie mniejsza niż się spodziewano (dla człowieka zakładano około 100 tys. genów, znaleziono około 20 tys.). Przez działanie różnych procesów regulacyjnych (w tym mikroRNA) działanie tych samych genów może być bardzo zmienne i występować na różnych poziomach.

Źródło:
- PANS, 14.02.2008r., MicroRNAs and the advent of vertebrate morphological complexity, Published online before print February 14, 2008, doi: 10.1073/pnas.0712259105,
- ErekAlert, 11.02.2008r., Evolving complexity out of *junk DNA*