Student World

Na konci sedmdesátých let se ukázalo, že jednoduchá rovnice při přenosu informace DNA → RNA → protein platí jen v bakteriích.
V eukaryotických buňkách je informace v DNA pro výrobu bílkovin fragmentována a musí se nejdříve správně poskládat. V drtivé většině lidských genů kódujících proteiny jsou relativně krátké sekvence DNA obsahující informaci pro syntézu proteinu (exony) odděleny až 10× delšími sekvencemi, které (většinou) žádnou informaci nenesou (introny). Informace v DNA je nejdříve kompletně přepsána do prekurzorové mRNA (pre-mRNA) a teprve vystřižením intronů a spojením exonů se vytvoří mRNA, která pak slouží jako templát pro výrobu bílkoviny. Vyjmutí intronů a složení exonů (tzv. pre-mRNA sestřih) musí proběhnout s naprostou přesností, protože chyba a posunutí i jen o jeden nukleotid má za následek výrobu špatného, v některých případech i toxického proteinu.

Existuje několik teorií, proč naše geny obsahují introny. Jedna z nich předpokládá, že v dávných dobách byli předchůdci dnešních eukaryotických organizmů podrobeni silné invazi mobilních pra-intronů, které se vkládaly do jejich DNA. Po přepisu do mRNA se introny dokázaly „vystřihnout“, buňky je přepsaly do DNA, která se vložila do genomu na jiném místě, a tak zaplavily genom. Aby naši buněční předchůdci přežili, vytvořili si jako obranu aparát, který tyto invazivní agresory z RNA odstranil. Jako připomínku této invaze nacházíme v některých organizmech introny, které se stále dokáží samy vystřihnout (viz níže v kapitole o katalyticky aktivních RNA).

Otázkou zůstává, proč během následující evoluce nebyly tyto invazivní sekvence odstraněny a proč dnes tvoří čtvrtinu naší DNA. Tyto elementy musí být při každém buněčném dělení replikovány a při každém přepisu genu přepsány do pre-mRNA, aby hned nato byly odstraněny. To pro buňky představuje ohromnou energetickou zátěž, což znamená, že udržování intronů v genomu musí představovat nějakou evoluční výhodu, jinak by již byly během vývoje organizmů eliminovány. Definitivní odpověď na tuto otázku neznáme, ale ukazuje se, že fragmentovaná informace poskytuje větší flexibilitu při přenosu informace z DNA do proteinů.

Naše buňky jsou schopné jednotlivé fragmenty různě kombinovat a díky tomu vyrábět pozměněné proteiny, aniž by musely měnit informaci uloženou v DNA. Asi nejlépe toto kombinování exonů, kterému se říká alternativní pre-mRNA sestřih, kdy jiným složením kódujících sekvencí vzniknou z identické původní informace dvě různé zprávy. Buňky tak mohou relativně „levně“ testovat nové varianty bílkovin.

Alternativní pre-mRNA sestřih kontroluje řada faktorů. Jsou to primárně proteiny, které se na pre-mRNA váží. Tyto proteiny slouží jako jakési majáky, které navigují sestřihový aparát a určují tak, který exon bude do konečné mRNA vložen a který naopak přeskočen. Ale výzkumy v posledních pěti letech naznačují, že o alternativním pre-mRNA sestřihu je částečně rozhodnuto ještě před započetím pre-mRNA syntézy. Jak je to možné? Naše DNA je obalena a chráněna proteiny, kterým se říká histony. Tyto proteiny jsou označkovány pomocí malých molekul, většinou přidáním methylové (-CH3 ) nebo acetylové (CH3 -CO-) skupiny. Tyto značky pomáhají buňce při orientaci ve třech miliardách nukleotidů, ze kterých se naše DNA skládá, a pomáhají například určit, kde začíná a končí gen, který gen má být přepsán a který naopak umlčen a podobně.

Výzkumy posledních let, na kterých se podílela i naše skupina na Ústavu molekulární genetiky, ukazují, že histony jsou jinak modifikovány na DNA kódující exony, které mají být vloženy do finální mRNA, a jinak na DNA kódující exony, které mají být přeskočeny. Jak buňky „vědí“, který exon má být přeskočen a který vložen, je záhadou stejně jako mechanizmus, jakým značky na histonech ovlivňují alternativní pre-mRNA sestřih. To, jak buňky rozhodnou, kterou variantu mRNA vyprodukují, je předmětem intenzivního zkoumání a domnívám se, že v této oblasti je toho stále více, co nevíme, než toho, co víme.
Ukazuje se též, že chyby v pre-mRNA sestřihu jsou v pozadí mnoha genetických chorob, a tak výzkum v pre-mRNA sestřihu může v budoucnu pomoci při pochopení a eventuální léčbě genetických poruch.

Tento text je úryvkem z knihy
David Staněk: RNA – temná hmota v našich buňkách
Academia 2015
O knize na stránkách vydavatele

autor