A genetikai anyagunkat a DNS (dezoxiribonukleinsav) kódolja. A DNS híres. De talán hallottál már az RNS-ről (ribonukleinsav) is. Mi is az az RNS, és mire jó?

Tényleg elég sok mindenre. Valójában lehetséges, hogy a korai élet az RNS-t használta genetikai anyagként, és az összehajtogatott RNS-eket kémiai eszközként is felhasználta a túléléshez. Ezt nevezik RNS-világ hipotézisnek.

Az RNS sok mindenben hasonlít a DNS-hez. Foszfátcsoportokkal összekapcsolt cukrok hosszú láncából áll. Minden egyes cukorhoz egy ciklikus bázis kapcsolódik, és a bázisok megfelelő partnerekkel párosulva kettős spirált alkothatnak.

Ez hasonlít a DNS-re, de a spirál kissé eltorzult, és gyakran az RNS-ek bonyolult szerkezetekbe hajtogatódnak, amelyeket rövid hélixek stabilizálnak, amelyek között hosszú egyszálú hurkok váltakoznak.

Az igazán fontos különbség az, hogy az RNS-nek van egy extra oxigénatomja. Ez teszi az RNS-t kevésbé stabillá, mint a DNS-t.

Azt gondolhatnánk, hogy az instabilitás rossz dolog, de vannak előnyei is. Azok a szervezetek, amelyeknek gyorsan kell változniuk, általában az RNS-t használják genetikai anyagként. Az olyan vírusok, mint az influenza és a HIV, az RNS-t választják a stabilabb alternatíva, a DNS helyett, így képesek változni, és egy lépéssel gazdatestük immunrendszere előtt járni.

Az RNS-vírusok magas mutációs rátájához számos tényező járul hozzá, többek között az RNS instabilitása és az RNS-t replikáló enzimek gyenge próbaolvasási aktivitása.

Messzerszolgálat

Amellett, hogy genetikai anyagként szolgál, az RNS-nek gyakorlatilag minden szervezetben van egy másik kritikus funkciója is: hírvivőként működik; rövid életű köztes anyag, amely a génjeinkben lévő információt közvetíti a sejt többi részével.

Nagyon sok gén bekapcsolására van szükség sorozatban. Gondoljunk csak egy futballszurkolóra, aki a meccs egy kulcsfontosságú pontján kiabál – nem akarjuk, hogy az üzenet örökké tartson.

A gének valóban egy életen át tartanak, hogyan biztosítjuk tehát a rövid életű üzeneteket?

DNS-génjeinkről RNS-másolatokat készítünk. Az üzenetek, vagy mRNS-ek, a DNS-ünk bázissorrendjét tükrözik, és a sejtmagból (ahol a DNS-ünk tárolódik) a citoplazmába jutnak, ahol fehérjékké fordítják le őket. A fehérjék a továbbiakban a sejtben látnak el feladatokat, az instabil mRNS-ek pedig egyszerűen lebomlanak vagy lebomlanak.

Az RNS tehát hírvivőként működhet abban a folyamatban, amely biztosítja, hogy a gének fehérjékké – a sejt eszközeivé, például a hemoglobinná, amely az oxigént szállítja a szervezetben.

De hogyan történik ez a titokzatos fordítás? Olyan kémiai eszközökre támaszkodik, mint a fehérjék?

Kétségtelenül, de úgy tűnik, hogy nem a fehérjék a kulcsszereplők. Figyelemre méltó tény, hogy az mRNS-kódból fehérjeláncokat előállító kémiai reakciók beindításának igazán fontos szereplői nem más fehérjék, hanem speciálisan összehajtogatott RNS-molekulák – RNS-enzimek vagy ribozimek.

A fehérje hírvivő RNS-ből történő leolvasásának gépezete egy komplex RNS-enzimben található, és a funkcionális részek riboszomális RNS-nek vagy rRNS-nek nevezett RNS-molekulák.

Az információ biztosítása

Hogyan lehet, hogy az RNS képes kémiai reakciókat kiváltani, de a DNS a jelek szerint nem? Részben az extra oxigén, részben pedig az a különleges képesség, hogy az RNS összetett alakzatokba hajtogatva olyan eszközöket alkot, amelyek képesek dolgokra, míg a kettős spirál szabályos és stabil. A DNS kettős spirál biztonságosan tárolja az információt, de másra nem nagyon képes.

1989-ben Sidney Altman és Thomas Cech megosztva kapta a kémiai Nobel-díjat annak bizonyításáért, hogy az RNS képes kémiai reakciókat katalizálni.

Elgondolkodhatunk azon, hogy egy olyan cukrokból és bázisokból álló lánc, mint az mRNS, hogyan szolgálhat egyáltalán sablonként egy fehérjelánc kialakításához. A válasz bonyolult, de néhány ügyes adaptert foglal magában. Meglepő módon ezek az adaptorok szintén RNS-ből készülnek, ezeket transzfer-RNS-nek vagy tRNS-nek nevezik. Ciklikus bázisaik segítségével párosodnak az mRNS-ben lévő tükörképükhöz, és a megfelelő aminosavakat sorakoztatják fel a fehérje létrehozásához, míg az rRNS a reakciót indítja el az összekapcsolódáshoz.

A megállapítás, hogy az olyan abszolút alapvető funkciók, mint az információ kódolása, a rövid életű hírvivő, amely kifejezi azt, és az információ funkcionális fehérjeeszközökké való átalakítása, mind RNS-t foglal magában, arra a feltételezésre késztette az embereket, hogy a korai élet RNS-ből állt.

A kezdetekben valószínűleg az RNS csinált mindent. De aztán fokozatosan átvette a helyét a DNS mint stabilabb genetikai anyag, és a fehérjék mint stabilabb kémiai eszközök. Az RNS-t pedig fokozatosan elfelejtették egyes kutatók, legalábbis egészen a közelmúltig.

Az RNS jövője

1998-ban Andy Fire és Craig Mello amerikai biológusok felfedezték az RNS-gátlást – azt, hogy az RNS hogyan tudja kikapcsolni a géneket.

Most már tudjuk, hogy a kis gátló RNS-ek (siRNS-ek, amelyek körülbelül 20 maradékot tartalmaznak) új osztálya finomhangolja a hírvivő RNS-ek kimenetét. Mint említettük, az RNS képes kettős szálakat képezni – ez lehetővé teszi, hogy az siRNS-ek meg tudják kötni a hírvivő RNS-eket, és beavatkozzanak azok működésébe.

Ezek a beavatkozó RNS-ek lényegében “digitális” gátlók, amelyek bázisról bázisra a hírvivő RNS tükörképei. Így most már lehetséges mesterséges inhibitorok előállítása. Így egy új iparág született, mivel a kutatók kísérleti céllal igyekeznek kikapcsolni géneket, az orvoskutatók pedig azt vizsgálják, hogy ez felhasználható-e terápiákhoz, például vírusok vagy más káros gének kikapcsolásához.

Még egy másik érdekes felfedezés is történt – a kutatók megállapították, hogy bár genomunknak csak egy kis része, körülbelül 2%-a kódol fehérjét, sokkal nagyobb része mégis RNS-be másolódik.

Ezek közül a hosszú, nem fehérje kódoló RNS-ek, az úgynevezett lncRNS-ek funkcióját még vizsgálják, de úgy tűnik, hogy egyesek kémiai reakciókat katalizálnak, mások pedig a gének be- vagy kikapcsolásában vesznek részt azáltal, hogy vagy a hírvivő RNS-ekhez kötődnek, vagy közvetlenül a hozzájuk tartozó DNS-génekhez kötődnek.

Ha a világ az RNS-szel kezdődött, akkor nem igazán meglepő, hogy ennek az RNS-világnak a visszhangjai megmaradtak, és hogy az RNS-ek még mindig részt vesznek az élet kulcsfontosságú folyamataiban, és alapvetően fontosak a génszabályozásban.

Az RNS-molekulák újabb és újabb osztályait fogják felfedezni, és valószínűnek tűnik, hogy a jövőben az alapvető biológia további meglátásai fognak felszínre törni ezen a termékeny talajon.