Czym jest mikroRNA i jaka jest jego funkcja?

Materiał genetyczny komórki zawiera nie tylko geny kodujące białka, przepisywane na mRNA (tych jest w genomie człowieka około 30 tysięcy), ale także inne sekwencje ulegające transkrypcji. Wśród nich jest ponad tysiąc genów kodujących mikroRNA – cząsteczki, które po odpowiedniej obróbce w jądrze i cytoplazmie  zbudowane są ostatecznie z około 20-25 nukleotydów. mikroRNA odgrywają ważne funkcje w regulacji ekspresji mRNA. Ich działanie polega na wiązaniu się z komplementarnymi sekwencjami w  mRNA  i najczęściej hamowaniu ekspresji tych docelowych mRNA – czy to poprzez zahamowanie translacji, czyli syntezy białka, czy na skutek inicjacji procesu degradacji mRNA.

Jak mikroRNA wpływa na angiogenezę?

mikroRNA wpływają na ekspresję wielu genów, ocenia się, ze około 50-60% mRNA jest regulowanych przez mikroRNA. Łatwo zatem zauważyć, że pojedynczy mikroRNA może wiązać się do komplementarnych sekwencji w wielu mRNA, a zarazem wiadomo, że jeden rodzaj mRNA może być rozpoznawany przez wiele cząsteczek mikroRNA. Na skutek tak znaczącego zaangażowania w regulację ekspresji genów nie jest niczym zaskakującym, że mikroRNA wpływają także na angiogenezę, czyli proces powstawania kapilar, nowych naczyń krwionośnych. Ten szczególny rodzaj mikroRNA nazywamy angiomirami – i są wśród nich zarówno mikroRNA hamujące procesy angiogenezy, czyli anty-angiomiry  – a więc mikroRNA hamujące ekspresję genów kodujących np. czynniki wzrostowe pobudzające proliferację komórek śródbłonka naczyń, jak i pro-angiomiry, czyli takie mikroRNA, które hamują ekspresję inhibitorów angoiogenezy.

W jaki sposób możemy wykorzystać wiedzę na temat mikroRNA w medycynie?

Znaczna liczba chorób jest związana z zaburzeniami w angiogenezie. Na przykład wzrost nowotworów zależy od tego procesu – guzy mogą się rozwijać tylko wtedy, gdy komórki nowotworowe sa odżywiane przez wrastające nowe naczynia krwionośne. Dlatego poznanie, jakie mikroRNA zaangażowane są w procesy angiogenezy w różnych chorobach może nam ułatwić znalezienie skuteczniejszych sposobów terapii. Należy także zaznaczyć, że mikroRNA mogą być wykorzystane jako markery procesów chorobowych czy też markery pozwalające śledzić przebieg leczenia. Cząsteczki mikroRNA działają nie tylko wewnątrz komórek, w których są wytwarzane, ale także wydzielane są do płynów ustrojowych. Zwiększona zawartość pewnych mikroRNA np. we krwi, ale także w ślinie czy w moczu może nas zatem informować o rozwijającej się chorobie. W Zakładzie Biotechnologii Medycznej Wydziału Biochemii, Biofizyki i Biotechnologii prowadzimy m.in. obecnie badania zmierzające do znalezienia takich markerów w sarkoidozie – chorobie zapalnej o nieznanej etiologii, która objawia się m.in., powstawaniem dużych grudek, tzw. ziarniniaków, najczęściej w płucach i węzłach chłonnych,. Badania te realizujemy we współpracy z zespołem prof. Krzysztofa Sładka z II Katedry Chorób Wewnętrznych Collegium Medicum UJ, w ramach projektu OPUS finansowanego przez Narodowe Centrum Nauki.

Czy możemy wpływać na funkcjonowanie mikroRNA? W jaki sposób możemy to wykorzystać?

Cząsteczki mikroRNA mogą być regulowane w podobny sposób, w jaki mikroRNA regulują ekspresję mRNA. Oznacza to, że możemy wpływać na funkcjonowanie mikroRNA poprzez zastosowanie specjalnie skonstruowanych cząsteczek RNA, które  zawierają sekwencje komplementarne do mikroRNA, którego/których ekspresję chcemy zahamować. Takie cząsteczki, wyłapujące mikroRNA, których aktywność w komórkach jest niepożądana, nazywane są w zależności od ich struktury antagomirami czy też ‘gąbkami mikroRNA”. Jeden z takich antagomirow, komplementarny do miR-122, jest obecnie testowany w terapii wirusowego zapalenia wątroby typu C (HCV). Możemy także zwiększać ekspresję wybranych mikroRNA, gdy ich ilość w komórkach jest zbyt mała i np. niezbyt skutecznie hamują angiogenezę. Wprowadzamy wtedy do komórek tzw. angiomiry, czyli gotowe mikroRNA, dodatkowo zmodyfikowane chemicznie, dla zapewnienie ich większej stabilności.

Czy w tym momencie są stosowane bądź opracowywane terapie z udziałem mikroRNA?

Jak wspomniałem, antagomir komplementarny do wątrobowego miR-122, który co ciekawe, zwiększa ekspresję HCV, jest wykorzystywany do leczenia zakażeń tym wirusem i próby kliniczne pokazały jego skuteczność. Preparat ten znany jest on pod nazwą Miravirsen. Prowadzone są także inne badania nad wykorzystaniem mikroRNA w celach terapeutycznych. Np. ciekawym  sposobem może być w przyszłości ich wykorzystanie do indukcji procesów różnicowania komórek nowotworowych. Jak wiadomo, proces taki, inicjowany  jest z powodzeniem w leczeniu ostrej białaczki promielocytowej. Pod wpływem działania związku drobnocząsteczkowego – kwasu all-trans retinowego (ATRA) niezróżnicowane komórki białaczki przekształcają się w granulocyty – komórki krwi. Badania wskazują, że podanie do niektórych komórek nowotworowych, np. mięsaka prążkowanokomórkowgo (rhabdomyosarcoma),  takich mikroRNA,  których ekspresja jest zahamowana, może pobudzić różnicowanie tych komórek. Nasz zespół prowadzi badania zmierzające do lepszego poznania procesów różnicowaniu komórek macierzystych mięśni i rozwoju mięsaka  i znalezienia sposobów pozwalających np.  na zwiększenie ekspresji zahamowanych mikroRNA. Badania te finansowane są w ramach programu MAESTRO z Narodowego Centrum Nauki oraz VENTURES z Fundacji na Rzecz Nauki Polskiej.

Czym zajmuje się Europejskie Towarzystwo Biologii Naczyniowej, którego jest Pan prezesem?

EVBO – European Vascular Biology Organisation powstało w roku 2006 jako organizacja zrzeszająca badaczy zajmujących się poznawaniem procesów funkcjonowania i powstawania naczyń krwionośnych. Głównym sposobem aktywności EVBO jest organizacja kongresów naukowych. Jeden z poprzednich zjazdów EVBO – w roku 2011 odbył się w Krakowie. EVBO wspomaga także młodych badaczy, przyznając stypendia ułatwiające uczestnictwo w innych kongresach naukowych.

Jak podsumowałby Pan swój pierwszy rok sprawowania funkcji prezesa EVBO?

W minionym roku w EVBO przeprowadzone zostały wybory nowego zarządu. Przyznaliśmy także kilka stypendiów dla młodych badaczy uczestniczących w światowym kongresie biologii naczyniowej w Kioto w kwietniu br.  oraz w konferencji w Amsterdamie.  Pracujemy nad przygotowaniem programu naukowego kolejnych konferencji, w tym w szczególności kolejnego kongresu EVBO, który odbędzie się w Pizie, na początku czerwca 2015  roku. Będzie to zarazem pierwszy kongres, który zorganizujemy we współpracy z  Europejskim Towarzystwem Mikrokrążenia (European Society for Microcirculation).

Profesor Józef Dulak rozwinie temat mikroRNA 6 czerwca 2014 roku na Warszawskim Uniwersytecie Medycznym podczas Konferencji „Techniki analityczne używane w biologii naczyń nowotworów”. Więcej informacji można odnaleźć tutaj.

Profesor Józef Dulak jest kierownikiem Zakładu Biotechnologii Medycznej na Wydziale Biochemii, Biofizyki I Biotechnologii Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie. Jest doktorem honoris causa Uniwersytetu w Orleanie we Francji (2012), członkiem-korespondentem   Polskiej Akademii Umiejętności (2011), prezydentem  Europejskiej Organizacji Biologii Naczyniowej (EVBO) (od 2013), członkiem Komitetu Biochemii i Biofizyki oraz Komitetu Biotechnologii Polskiej Akademii Nauk. Zainteresowania naukowe prof. Dulaka skupiają się wokół biologii komórek macierzystych, biologii i medycyny naczyniowej, terapii genowej i komórkowej, biologii nowotworów, mikroRNA, roli  stresu oksydacyjnego i zapalenia w procesach chorobotwórczych.

Profesor Dulak jest także współautorem książki (wraz z prof. Alicją Józkowicz oraz dr Agnieszką Łobodą) zatytułowanej „Angiogenesis and Vascularisation: Cellular and Molecular Mechanisms in Health and Diseases”, która ukazała się nakładem wydawnictwa Springer.