Komórki nie wytwarzają białek w stałym, nudnym tempie. Dostosowują się i dopasowują. Ilość syntetyzowanego białka określa, czy komórka pozostaje elastyczna (jak komórka macierzysta), czy też przechodzi, aby pełnić określoną funkcję, na przykład stać się komórką skóry lub kości.
W centrum tej regulacji znajduje się rybosom, prawdziwa „fabryka” produkcji białek. Sercem tej fabryki jest rybosomalny RNA (rRNA), kluczowa struktura, która spaja wszystko i napędza maszynerię.
Przez długi czas naukowcy traktowali rRNA jako szum tła – statyczną część maszyny. Jednak badacze pod kierownictwem Stefana H. Strickera z Uniwersytetu Ludwiga Maximiliana w Monachium (LMU) i Instytutu Helmholtza w Monachium podejrzewali inaczej. W niedawnej publikacji w czasopiśmie Science wykazano, że rRNA nie jest pasywne. Ona jest aktywna. Zmiana jego ilości wpływa bezpośrednio na zachowanie komórki.
Przełącznik oparty na CRISPR
Od dawna wiadomo, że poziomy rRNA różnią się w różnych komórkach, a w komórkach chorych poziomy te często przekraczają normalne granice. Ale pytanie pozostało otwarte: czy to odchylenie jest przyczyną choroby, czy tylko jej konsekwencją? Czy choroba uszkodziła rRNA, czy też uszkodzona rRNA spowodowała chorobę?
Korelacja nie jest równa przyczynowości. Dlatego naukowcy stworzyli specjalne narzędzie o nazwie TAPIR (ukierunkowana aktywacja translacji białek). Wykorzystuje technologię CRISPR nie do cięcia genów, ale do ich aktywacji, zwiększając ekspresję genów specyficznie rybosomalnych.
Rybosomy „czytają” instrukcje genetyczne i składają białka. TAPIR zmusza fabrykę do tworzenia większej liczby linii montażowych. Więcej linii – więcej rRNA. Więcej rRNA oznacza wyższą zdolność produkcyjną.
„Ukierunkowana aktywacja produkcji rRNA znacząco zwiększa możliwości syntetyczne komórki.”
Był to dowód na to, że nadmiar rRNA nie tylko towarzyszy syntezie białek, ale bezpośrednio ją stymuluje.
Jedno narzędzie, przeciwne rezultaty
Tutaj zaczyna się zabawa. Biologia rzadko zadowala się prostymi rozwiązaniami.
Zespół zastosował TAPIR do dwóch bardzo różnych modeli chorób. Wyniki były odwrotne.
Najpierw przyjrzyjmy się syndromowi Treachera-Collinsa. Jest to rzadka wada wrodzona, która powoduje nieprawidłowości w obrębie twarzy. Należy do klasy rybosomopatii – chorób związanych z uszkodzeniem rybosomów. Niedostateczna produkcja białka prowadzi do negatywnych konsekwencji. U myszy z tym zespołem naukowcy zastosowali TAPIR w celu zwiększenia poziomu rRNA. To pomogło: objawy nieco złagodniały. Okazuje się, że jeśli „silnik” jest niestabilny, dodatkowe paliwo może poprawić sytuację.
A teraz – rak trzustki.
Guzy dążą do wzrostu, a wzrost wymaga białka. Dlatego nowotwory zwiększają produkcję rRNA, aby zaspokoić tę potrzebę. Zespół wykorzystał TAPIR do zwiększenia poziomu rRNA w mysich modelach raka trzustki.
Guzy zaczęły rosnąć szybciej.
Dużo szybciej.
Ponieważ aktywowali rRNA zanim zaobserwowali wzrost, ponownie udowodniono przyczynę i skutek. Wysoki poziom rRNA nie był jedynie skutkiem nowotworu, ale jego paliwem, przyspieszającym chorobę.
Co zatem zrobić z tą informacją?
Nie jest możliwe po prostu nasycenie wszystkich komórek dodatkowymi mechanizmami syntezy białek. Pomogłoby to w przypadku wady wrodzonej, ale byłoby pożywką dla raka.
Nie ma uniwersalnego rozwiązania
Stricker nie postrzega tego jako panaceum, ale jako platformę badawczą. TAPIR pomaga nam zrozumieć mechanizm: kontrola biosyntezy białek jest kluczem do rozwoju, wzrostu i oczywiście onkologii.
Droga naprzód wiedzie przez dostrojenie. Czy możliwe jest skierowanie zwiększonej produkcji do komórek kostnych, pozbawiając jednocześnie guz odżywiania? Czy można zmniejszyć produkcję w nowotworze, chroniąc jednocześnie zdrową tkankę?
To najtrudniejsza część.
Mechanizm ten jest niezwykle czuły. Jego precyzyjna regulacja wymaga precyzji, którą dopiero zaczynamy opanowywać.
