Molekularne tajniki rozwoju
Prawidłowy rozwój organizmu wymaga włączania i wyłączania właściwych genów we właściwym czasie, we właściwych miejscach. Wymaga to starannej molekularnej i czasowej orkiestracji ekspresji genów. W wielu systemach ważną rolę w kontrolowaniu tej dynamiki odgrywają oscylatory (lub zegary) molekularne. Zazwyczaj opierają się one na sieci czynników transkrypcyjnych i białek sygnalizacyjnych, które poprzez mechanizmy transkrypcyjne kontrolują w sposób rytmiczny poziom ekspresji tysięcy docelowych genów.
Ekspresja miRNA podczas rozwoju
Znane są również inne, tzw. potranskrypcyjne mechanizmy regulacji ekspresji genów, które zachodzą na poziomie RNA i mogą wpływać na stabilność i/lub poziom RNA. Co ważne, niekodujące microRNA(odnośnik otworzy się w nowym oknie), nazywane w skrócie miRNA i będące małymi regulacyjnymi RNA, mogą wyciszać mRNA po ich wytworzeniu, modulując w ten sposób aktywność genów. Badania w projekcie miRhythm przeprowadzono dzięki wsparciu otrzymanemu w ramach działania „Maria Skłodowska-Curie”(odnośnik otworzy się w nowym oknie). „Głównym celem było zbadanie potencjalnych oscylacji cząsteczek miRNA podczas rozwoju jako czynników napędzających dynamiczne wzorce ekspresji genów”, wyjaśnia stypendystka programu Smita Nahar. Wcześniejsze prace, głównie na komórkach hodowanych, wskazywały, że miRNA są raczej stabilnymi cząsteczkami, których obfitość zmienia się nieznacznie w czasie. Jednak gdy Nahar i jej współpracownicy badali dynamikę miRNA w rozwijających się larwach nicienia Caenorhabditis elegans, byli w stanie zaobserwować wysoce dynamiczne zmiany, w tym miRNA, które gromadziły się rytmicznie co 8 godzin. „Byliśmy ciekawi, jak powstały te dynamiki i co mogą oznaczać biologicznie”, podkreśla Nahar. Pomagając sobie modelowaniem matematycznym, badacze zidentyfikowali kilka miRNA o wysoce dynamicznych wzorcach ekspresji. Aby zbadać cechy, które powodują te wzorce ekspresji, i poznać konsekwencje ich zmiany, zespół postanowił usunąć miRNA lub dokonać jego ekspresji z innego promotora, który nie oscyluje. W tym celu wykorzystano najnowsze metody edycji genomu i ilościowego obrazowania poklatkowego. Nacisk położono też na wynik zaburzonej aktywności miRNA i to, jak wpływa ona na rozwój organizmu.
Dynamiczna regulacja miRNA
Wyniki pokazały, że same miRNA podlegają zarówno regulacji transkrypcyjnej jak i potranskrypcyjnej, co łącznie przekłada się na obserwowane wysoce dynamiczne wzorce podczas rozwoju. Ilościowa ocena tempa rozwoju pozwoliła zespołowi na zbadanie roli poddawanych rytmicznej ekspresji miRNA w kontroli etapów rozwoju. „Najciekawsze było odkrycie, że in vivo, w rozwijającym się zwierzęciu, poziom miRNA jest bardzo dynamiczny”, tłumaczy Nahar. „Wynika z tego, że dotąd nie docenialiśmy ich potencjału regulacyjnego”. Rozpoznanie miRNA, których wzorców ekspresji nie można wytłumaczyć wyłącznie transkrypcją, doprowadziło do scharakteryzowania elementów potranskrypcyjnych przyczyniających się do ich czasowej ekspresji. Przyszłe prace będą dotyczyły rozgraniczenia tych mechanizmów, aby docenić ich różnorodność. Perturbacje mechanizmów kontroli czasu zaczęły być ostatnio postrzegane jako ważny czynnik wpływający na globalne problemy zdrowotne, takie jak otyłość, choroby sercowo-naczyniowe i metaboliczne choroby wątroby. W tym sensie implikacje badań przeprowadzonych w projekcie miRhythm wykraczają poza procesy rozwojowe. Kluczowe dla poradzenia sobie z takimi perturbacjami jest poznanie mechanizmów molekularnych, dzięki którym oscylacyjna ekspresja genów pośredniczy w kontroli czasu w organizmie.
