Mysleli jsme si, že DNA probíhala naše životy, dokud jsme zjistili, že je na starosti RNA

In 1957, jen čtyři roky poté, co Francis Crick a další vědci vyřešili hádanku struktury DNA – nyní slavnou dvojité helix – Crick položil to, co nazval „centrální dogma“ molekulární biologie, což jeho kolega James Watson později řekl Přestože Watson příliš zjednodušil, poselstvím bylo, že účelem dvojité šroubovice v našich chromozomech je držet v kódované formě plány pro proteiny, které staví a udržují naše těla. Chemický bratranec DNA, RNA, byl posel, který nese pokyny DNA z dvojité šroubovice v jádru buňky do proteinového stroje, nazývaného ribozom, rozptýlený kolem buňky.

Zdálo se, že mise Molecular Biology bylo dešifrovat tyto genetické pokyny. V posledních letech však vědci objevili závratnou řadu „nekódujících“ molekul RNA (ncRNA), které dělají něco jiného než trajektové DNA pokyny pro proteiny. Provádějí překvapivě širokou škálu biochemických funkcí. Nyní se zdá, že náš genom může být přinejmenším stejně úložištěm plánů pro životně důležitou nekódující RNA jako pro proteiny. Tento posun v myšlení byl „revoluční“, říká Thomas Cech, který sdílel Nobelovu cenu z roku 1989 v chemii s Sidney Altman za objevování molekul RNA, zvaných ribozymy, které mohou katalyzovat biochemické reakce. „DNA jsou staré věci, věci 20. století,“ říká Cech. „Je to jeden trikový poník. Vše, co dělá, jsou ukládání biologických informací, které dělá skvěle dobře. Ale je to inertní-nemůže nic dělat bez svých dětí, RNA a proteinů.“

RNA se vytvoří, když enzym zvaný RNA polymeráza přečte DNA sekvenci a vytváří odpovídající RNA molekulu – proces známý jako transkripce. Objev za poslední tři desetiletí z tisíců dříve neznámých nekódujících RNA „byl ohromující,“ říká Maite Huarte, molekulární biolog na University of Navarra v Pamploně ve Španělsku. Nekódující RNA hraje mnoho rolí, často zahrnující regulaci jiných genů-například určování, zda se geny kódující proteiny přepsanou do Messenger RNA (mRNA) a jak (nebo pokud) je molekula upravena a poté přeložena do proteinu. V tomto případě se zdá, že RNA kontroluje, jak buňky používají jejich DNA. Tyto funkce mění populární centrální dogma, což byla jednosměrná ulice od DNA po mRNA na proteiny, na otevřený systém s informacemi tekoucí ve všech směrech mezi DNA, proteiny, buňkami a organismem.

O podpoře vědecké žurnalistiky

Pokud se vám tento článek líbí, zvažte podporu naší oceněné žurnalistiky předplatné. Zakoupením předplatného pomáháte zajistit budoucnost působivých příběhů o objevech a myšlenkách, které dnes formují náš svět.

Stejně fascinující, říká Huarte, je, že NCRNA nepatří pouze k jedné rodině molekul. „RNA je velmi univerzální a příroda využívá tuto všestrannost,“ říká. Vědci od padesátých let věděli, že ribozomy obsahují ribozomální RNA a používají přenosovou RNA ke sběru aminokyselin, které jsou proteiny sešity do proteinů. Ale po dlouhou dobu vypadaly jako anomálie. Poté, v 80. letech, Cech a Altman objevili nový typ ncRNA: ribozymy, které se štěpí a upravují sebe a další RNA. A v 90. letech vědci začali najít lidské ncRNA, které měly regulační funkce. Gen zvaný Xist, podílející se na „umlčení“ jednoho ze dvou chromozomů X v buňkách chromozomálních žen, kódoval ne protein, ale dlouhou nekonečnou RNA, která se zdá, že se kolem chromozomu ovine a zabrání jeho transkripci.

„Učebnice před 25 lety s jistotou uváděly, že RNA se skládala z (tři typy). Nyní jsou stovky, pravděpodobně mnoho tisíc jiných typů.“ —Thomas Cech University of Colorado Boulder

Mezitím molekulární biologové Victor Ambros a Gary Ruvkun našli krátké nekódující molekuly RNA, které interagují s mRNA, aby umlčely odpovídající gen. Tato extra vrstva regulace genu – kontrola, zda se k výrobě proteinu používá, se zdá, že je nezbytným rysem v růstu komplexních organismů. Vědci spojili genetické mutace, které brání regulaci genů NCRNA s širokou škálou nemocí, včetně rakovin. „Přibližujeme se některým opravdu vzrušujícím biomedicínským aplikacím,“ říká Huarte. „Od nových diagnostických nástrojů po inovativní a cílené terapie je potenciál NCRNA obrovský.“

Cech říká, že to bylo „velké překvapení“, že RNA mohla plnit tak rozmanité role. Toto překvapení bylo zřejmé v roce 2012, kdy vědci pracující na mezinárodním projektu s názvem Encode uvedli, že až 80 procent naší DNA má v některých buňkách v určitém okamžiku biochemickou funkci a velká část této DNA je přepsána do RNA, což zpochybňuje dlouhou víru, že většina našeho genomu je „nezdravá“ nahromaděna v průběhu evoluce.

Toto není konsenzuální pohled. Někteří vědci tvrdí, že naopak většina RNA transkribované z DNA, ale není přeložena do proteinu, je „šum“, protože transkripční aparátor je poněkud nerozvážný. Takový šum bude skutečně konečným výsledkem pro nějakou transkripci. Nyní se zdá, že známé nekódující geny převyšují geny kódující proteiny faktorem asi tři, podle některých odhadů.

Často je však těžké zjistit, co dělá RNA. Některé z těchto molekul mohou být přepsány pouze v konkrétních typech buněk nebo v určitém stádiu embryonálního vývoje, takže by bylo snadné nechat ujít jejich okamžik akce. „Jsou to neuvěřitelně specifické,“ říká molekulární biologka Susan Carpenter z Kalifornské univerzity v Santa Cruz. Ale kvůli tomu říká: „Čím více vypadáme, tím více najdeme.“

Bez ohledu na to, že vzestup RNA transformoval molekulární biologii. „Učebnice před 25 lety s jistotou uváděly, že RNA se skládala z Messenger RNA, přenosové RNA a ribozomální RNA,“ říká Cech. „Nyní jsou stovky, pravděpodobně mnoho tisíc jiných typů.“ 21. století říká, „je věk nekódující RNA.“

Musíme se učit mnohem více. Nevíme, kolik funkční ncRNA existuje, natož co mnoho odrůd dělá. A „Když odpovíme na jednu otázku, vyvolává to 10 nových,“ říká Carpenter. Protože vědci objevují více o mnoha typech a rolích RNA, mohou lékařští vědci objevovat potenciální terapeutické aplikace, ale hlubší důsledky jsou o tom, jak funguje život. Aby byly složité organismy životaschopné, prostě nestačí mít „genetický plán“, který se čte. Musí být schopni změnit, za běhu, jak se jejich geny zvyknou. Zdá se, že RNA nabízí neuvěřitelně citlivé a všestranné způsoby, jak toho dosáhnout.