შვედეთის სამეფო ინსტიტუტის ნობელის ასამბლეის გადაწყვეტილებით, 2024 წლის ნობელის პრემია ფიზიოლოგიასა და მედიცინაში გადაეცემა ვიქტორ ამბროსსა და გარი რუვკუნს — მიკრო-რნმ-ის აღმოჩენისათვის და მისი როლის განსაზღვრისთვის პოსტტრანსკრიპციული გენის რეგულირებაში.
ნობელის წლევანდელი პრემია პატივს მიაგებს ორ მეცნიერს იმ ფუნდამენტური პრინციპის აღმოჩენისთვის, რომელიც მართავს გენების აქტივობის რეგულირებას.
ჩვენს ქრომოსომებში შენახული ინფორმაცია შეიძლება შევადაროთ ჩვენი სხეულის ყველა უჯრედის ინსტრუქციის სახელმძღვანელოს. ყოველი უჯრედი ერთნაირ ქრომოსომას შეიცავს და შესაბამისად, ყველა უჯრედი შეიცავს გენების ზუსტად ერთნაირ კრებულს და ინსტრუქციათა ზუსტად ერთნაირ ნაკრებს. თუმცა, სხვადასხვა ტიპის უჯრედებს, მაგალითად, კუნთისა და ნერვულ უჯრედებს ერთმანეთისგან ძლიერ განსხვავებული მახასიათებლები აქვთ. როგორ ჩნდება ასეთი სხვაობები? პასუხი გენების რეგულირებაში იმალება, რაც თითოეულ უჯრედს მხოლოდ შესაფერისი ინსტრუქციის შერჩევის საშუალებას აძლევს. ეს კი უზრუნველყოფს იმას, რომ გენების მხოლოდ სწორი კრებული იყოს აქტიური უჯრედთა თითოეულ ტიპში.
ამერიკელ ბიოლოგებს, ვიქტორ ამბროსსა და გარი რუვკუნს აინტერესებდათ, როგორ ვითარდება უჯრედის სხვადასხვა ტიპები. მათ აღმოაჩინეს მიკრო-რნმ — რნმ-ის ციცქნა მოლეკულათა ახალი კლასი, რომელიც გადამწყვეტ როლს ასრულებს გენების რეგულირებაში. მათმა ინოვაციურმა აღმოჩენამ გამოავლინა გენების რეგულირების სრულიად ახალი პრინციპი, რომელიც დადგინდა, რომ გადამწყვეტია მრავალუჯრედიანი ორგანიზმებისთვის, მათ შორის, ადამიანებისთვის. ახლა უკვე ცნობილია, რომ ადამიანის გენომი შიფრავს ათასზე მეტ მიკრო-რნმ-ს. მათმა მოულოდნელმა აღმოჩენამ გამოავლინა გენების რეგულირების სრულიად ახალი განზომილება. დადგინდა, რომ მიკრო-რნმ ფუნდამენტურად მნიშვნელოვანია ორგანიზმის განვითარებისა და ფუნქციონირებისთვის.
უმთავრესი რეგულირება
წლევანდელი ნობელის პრემია ფოკუსირებულია უჯრედების მიერ გენების აქტივობის რეგულირებაში გამოყენებული სასიცოცხლო მარეგულირებელი მექანიზმის აღმოჩენაზე. გენეტიკური ინფორმაცია დნმ-დან ინფორმაციულ რნმ-ში (mRNA) გაედინება პროცესით, რომელსაც ტრანსკრიფციას უწოდებენ, შემდეგ კი ცილის წარმოების უჯრედულ აპარატში. იქ, mRNA ისე გადაითარგმნება, რომ ცილების წარმოება დნმ-შო შენახული გენეტიკური ინსტრუქციების შესაბამისად ხდება. მე-20 საუკუნის შუა წლების შემდეგ, ამ პროცესის მუშაობის მექანიზმი რამდენიმე ფუნდამენტურმა სამეცნიერო აღმოჩენამ ახსნა.
ჩვენი ორგანოები და ქსოვილები მრავალი სხვადასხვა ტიპის უჯრედისგან შედგება; ყველა მათგანს დნმ-ში შენახული აქვს იდენტური გენეტიკური ინფორმაცია. თუმცა, ეს სხვასასხვა უჯრედები ცილების უნიკალურ კრებულებს გამოხატავს.
როგორ არის ეს შესაძლებელი? პასუხი იმალება გენების აქტივობის ზუსტ რეგულირებაში, ისეთში, რომელშიც უჯრედის ყოველ კონკრეტულ ტიპში გენების მხოლოდ სწორი კრებულია აქტიური. ეს კი მაგალითად კუნთის უჯრედებს, ნაწლავის უჯრედებსა და სხვადასხვა ტიპის ნერვულ უჯრედებს მათი სპეციალიზებული ფუნქციების შესრულების საშუალებას აძლევს. ამას გარდა, გენების აქტივობა გამუდმებით უნდა დაიხვეწოს, რათა უჯრედული ფუნქციები მოერგოს ჩვენს სხეულსა და გარემოში პირობების შეცვლას. არასწორად წარმართულმა გენების რეგულირებამ შეიძლება გამოიწვიოს სერიოზული დაავადებები, მათ შორის, კიბო, დიაბეტი ან ავტოიმუნიტეტი. შესაბამისად, გენების აქტივობის რეგულირების შესწავლა უმნიშვნელოვანეს მიზანს წარმოადგენდა მრავალი ათწლეულის განმავლობაში.
1960-იან წლებში დადგინდა, რომ სპეციალიზებული ცილები, რომლებსაც ტრანსკრიფციის ფაქტორებს უწოდებენ, დნმ-ს შეიძლება სპეციფიკურ რეგიონებში მიეკრას და აკონტროლოს გენეტიკური ინფორმაციის დინება იმის განსაზღვრით, თუ რომელი კონკრეტული mRNA-ია წარმოებული. მას შემდეგ გამოვლინდა ათასობით ტრანსკრიფციის ფაქტორი; დიდი ხნის განმავლობაში მიიჩნეოდა, რომ გენების რეგულირების მთავარი პრინციპი ამოიხსნა. თუმცა, 1993 წელს, იმ წლის ნობელის ლაურეატებმა გამოაქვეყნეს მოულოდნელი აღმოჩენები, რომლებშიც აღწერდნენ გენების რეგულირების ახალ დონეს, რომელიც როგორც ჩანს, ძლიერ მნიშვნელოვანი უნდა ყოფილიყო და კონსერვირებული იყო მთელი ევოლუციის მანძილზე.
დიდი გარჩვევა პატარა ჭიაზე ჩატარებული კვლევით
1980-იანი წლების ბოლოს, ვიქტორ ამბროსი და გარი რუვკუნი პოსტდოქტორანტები იყვნენ რობერტ ჰეროვიცის ლაბორატორიაში; ამ უკანასკნელს 2002 წელს სიდნი ბრენერთან და ჯონ სალსტონთან ერთად გადაეცა ნობელის პრემია. ჰეროვიცის ლაბორატორიაში ისინი შედარებით უპრეტენზიო, 1 მმ სიგრძის მრგვალ ჭია C. elegans-ს სწავლობდნენ.
მიუხედავად პატარა ზომისა, C. elegans-ს მრავალი ტიპის სპეციალიზებული უჯრედი აქვს; მათ შორის დადგინდა, რომ აქვს ნერვული და კუნთოვანი უჯრედებიც, რომლებიც უფრო დიდ, კომპლექსურ ცხოველებში გვხვდება. შესაბამისად, ის გამოსადეგი მოდელია მრავალუჯრედიან ორგანიზმებში ქსოვილების განვითარებისა და მომწიფების შესასწავლად.
ამბროსი და რუვკუნი დაინტერესებული იყვნენ გენებით, რომლებიც სხვადასხვა გენეტიკური პროგრამის დროში განაწილებასა და აქტივაციას აკონტროლებენ და უზრუნველყოფენ, რომ უჯრედის სხვადასხვა ტიპი შესაფერის დროს განვითარდეს. ისინი ჭიების ორ მუტანტ შტამს სწავლობდნენ — lin-4-სა და lin-14-ს, რომლებსაც განვითარების დროს აღენიშნებოდათ დეფექტები გენეტიკური პროგრამების აქტვაციის დროში განაწილებაში. მკვლევრებს სურდათ გამოევლინათ მუტირებული გენები და გაეგოთ მათი ფუნქცია. ამბროსმა იქამდე აჩვენა, რომ lin-4 გენი lin-14 გენის უარყოფითი რეგულატორი იყო. თუმცა, უცნობი იყო, როგორ იბლოკებოდა lin-14-ის აქტივობა. ამბროსისა და რუვკუნისთვის ეს მუტანტები და მათი პოტენციური ურთიერთობა თავსატეხი იყო და ეს საიდუმლოები ამოხსნას საჭიროებდა.
საბოლოოდ, ასე აღმოაჩინეს მათ გენების რეგულირების ახალი პრინციპი, რომელსაც შუამავლობდა რნმ-ის იქამდე უცნობი ტიპი — მიკრო-რნმ. შედეგები 1993 წეს ჟურნალ Cell-ში ორ სხვადასხვა პუბლიკაციად გამოქვეყნდა.
დღეისათვის ცნობილია, რომ ადამიანებში სხვადასხვა მიკრო-რნმ-ისთვის ათასზე მეტი გენი არსებობს და ამ გენების რეგულირება მიკრო-რნმ-ის მიერ უნივერსალურია მრავალუჯრედიან ორგანიზმებში.
სიღრმისეული ფიზიოლოგიური მნიშვნელობის მქონე ციცქნა რნმ
მიკრო-რნმ-ის მიერ გენების რეგულირება, რაც ამბროსმა და რუვკუნმა აღმოაჩნეს, უკვე ასობით მილიონი წელიწადია მიმდინარეობს. ამ მქანიზმმა გახადა შესაძლებელი მზარდად კომპლექსურ ორგანიზმთა ევოლუცია.
გენეტიკური კვლევებით ვიცით, რომ მიკრო-რნმ-ის გარეშე, უჯრედები და ქსოვილები ნორმალურად ვერ ვითარდება. მიკრო-რნმ-ის მიერ პათოლოგიურმა რეგულირებამ შეიძლება განაპირობოს კიბო და მუტაციები ადამიანებში მიკრო-რნმ-ის მშიფრავ გენებში, რაც იწვევს თანდაყოლილ სმენადაქვეითებას, თვალისა და ჩონჩხის დარღვევებს. მიკრო-რნმ-ის წარმოებისთვის საჭირო ერთი ცილის მიტაციები იწვევს DICER1 სინდრომს — იშვიათ, მაგრამ მწვავე სინდრომს, რომელიც დაკავშირებულია სხვადასხვა ორგანოსა და ქსოვილის კიბოსთან.
ციცქნა ჭიაყელა C. elegans-ში ამბროსისა და რუვკუნის აღმოჩენა სრულიად მოულოდნელი იყო, მაგრამ ჩვენ წინაშე გადაშალა გენების რეგულირების ის ახალი განზომილება, რომელიც გადამწყვეტია სიცოცხლის კომპლექსური ფორმებისთვის.
მომზადებულია nobelprize.org-ის მიხედვით.
