Buňky neprodukují proteiny konstantní, nudnou rychlostí. Přizpůsobují se a přizpůsobují. Množství syntetizovaného proteinu určuje, zda buňka zůstane flexibilní (jako kmenová buňka) nebo se přesune k provedení specifické funkce, jako je například kožní nebo kostní buňka.
V centru této regulace je ribozom, skutečná „továrna“ na produkci bílkovin. Srdcem této továrny je ribozomální RNA (rRNA), klíčová struktura, která drží vše pohromadě a pohání strojní zařízení.
Po dlouhou dobu vědci považovali rRNA za šum pozadí – statickou část stroje. Vědci pod vedením Stefana H. Strickera z Univerzity Ludwiga Maximiliana v Mnichově (LMU) a Helmholtzova institutu v Mnichově však tušili opak. V nedávné publikaci v časopise Science ukázali, že rRNA není pasivní. Je aktivní. Změna jeho množství přímo ovlivňuje chování buňky.
Přepínač na bázi CRISPR
Již dlouho je známo, že hladiny rRNA se v různých buňkách liší a u nemocných buněk jsou tyto hladiny často za normálními limity. Otázka však zůstala otevřená: je tato odchylka příčinou nemoci, nebo pouze jejím důsledkem? Porušila nemoc rRNA nebo nemoc způsobila rozbitá rRNA?
Korelace nerovná se kauzalita. Vědci proto vytvořili speciální nástroj s názvem TAPIR (Targeted Activation of Protein Translation). Využívá technologii CRISPR k tomu, aby geny neřezal, ale aktivoval, čímž zvyšuje expresi specificky ribozomálních genů.
Ribozomy „čtou“ genetické instrukce a sestavují proteiny. TAPIR nutí továrnu vytvářet další montážní linky. Více řádků – více rRNA. Více rRNA znamená vyšší produkční kapacitu.
“Cílená aktivace produkce rRNA výrazně zvyšuje syntetické schopnosti buňky.”
To byl důkaz, že nadbytek rRNA syntézu proteinů jednoduše nedoprovází, ale přímo ji stimuluje.
Jeden nástroj, opačné výsledky
Tady začíná zábava. Biologie se málokdy spokojí s jednoduchými řešeními.
Tým aplikoval TAPIR na dva velmi odlišné modely onemocnění. Výsledky byly opačné.
Nejprve se podívejme na Tracher-Collinsův syndrom. Jedná se o vzácnou vrozenou vadu, která způsobuje abnormality obličeje. Patří do třídy ribosomopatií – onemocnění spojená s narušením ribozomů. Nedostatečná produkce bílkovin vede k negativním důsledkům. U myší s tímto syndromem vědci použili TAPIR ke zvýšení hladiny rRNA. To pomohlo: příznaky se mírně zmírnily. Ukazuje se, že pokud je „motor“ nestabilní, další palivo může situaci zlepšit.
A teď – rakovina slinivky.
Nádory se snaží růst a růst vyžaduje bílkoviny. Nádory proto zvyšují produkci rRNA, aby uspokojily tuto potřebu. Tým použil TAPIR ke zvýšení hladin rRNA u myších modelů rakoviny slinivky břišní.
Nádory začaly růst rychleji.
Mnohem rychleji.
Protože aktivovali rRNA před pozorováním růstu, toto opět prokázalo příčinu a následek. Vysoké hladiny rRNA nebyly jen důsledkem rakoviny, ale jejím palivem, které urychlovalo onemocnění.
Co tedy s těmito informacemi dělat?
Není možné jednoduše nasytit všechny buňky dalšími mechanismy syntézy proteinů. Pomohlo by to s vrozenou vadou, ale živilo by to rakovinu.
Univerzální řešení neexistuje
Stricker to nevidí jako všelék, ale jako platformu pro výzkum. TAPIR nám pomáhá pochopit mechanismus: kontrola biosyntézy bílkovin je klíčová pro vývoj, růst a samozřejmě onkologii.
Cesta vpřed vede přes jemné ladění. Je možné nasměrovat zvýšenou produkci do kostních buněk a zároveň zbavit nádor výživy? Je možné snížit produkci v nádoru a zároveň chránit zdravou tkáň?
To je ta nejtěžší část.
Tento mechanismus je extrémně citlivý. Jeho přesné nastavení vyžaduje úroveň přesnosti, kterou teprve začínáme ovládat.
