Проф. Милена Георгиева: Нобелът за микро-РНК е пътят към нови стратегии за забавяне на стареенето
- Проф. Георгиева, поздравления! Нобеловата награда за медицина отиде при вашите колеги - Виктор Амброс и Гари Ръвкън, за откриването на микро-РНК молекулите.
- За нас това бе изключително приятна изненада. След напредването на развитието на молекулярната биология в последните две десетилетия стана ясно, че микро-РНК молекулите (mirRNAs) имат мощен регулаторен ефект върху изявата на нашата генетика. Те са малки некодиращи РНК молекули, които регулират генната експресия (реализирането на генетичната информация), като блокират превръщането на матричните РНК молекули (мРНК) в протеини. Това е еволюционно консервативен процес. Микро-РНК молекули се откриват при хора, животни, растения, микроорганизми и вируси. В човешкия геном има над 2000 различни миркоРНК молекули, от които около 950 са с доказана роля в различни процеси и интересът към тях, тяхното количество, вид и промяна в експресията им е огромен не само в научните среди, но и в клиничната практика.
- Преди да преминем към въпроса как всички тези открития ще се отразят на превенцията на различни заболявания и особено на anti-aging стратегиите, може ли само да обясните как се образуват тези микроРНК молекули?
- Микро-РНК молекулите се образуват чрез генетично заложени програми, които регулират експресията на важни за развитието физиологични процеси в тялото ни гени. Тези молекули са от съществено значение за нормалните функции на клетките, тъканите, системите и органите. В отговор на външни и вътрешни стимули като химични и физични стресори, хронични възпаления, инфекции, клетките започват да синтезират специфични микро-РНК молекули, като променят техния профил и количество, което им позволява да адаптират генната си експресия спрямо условията на средата и да задействат защитни механизми. Освен това част от микро-РНК молекулите се синтезират при сигнали, свързани с клетъчно делене, растеж и метаболизъм, което осигурява прецизен контрол върху участващите в тези процеси белтъци и поддържа клетъчното равновесие. Епигенетични фактори като метилирането на ДНК и модификациите на свързаните с ДНК белтъци също могат да активират или потискат ДНК участъците, кодиращи микро-РНК молекулите. Процесът е динамичен и строго зависи от нуждите на организма и неговите системи и клетки, както и от факторите на средата.
Причините за нарушения в регулацията в синтеза на микро-РНК молекулите, които често водят до различни заболявания, са разнообразни. Те включват генетични мутации, промяна в епигенетиката, въздействие на външни фактори като стрес, възпаления и експозиция на токсични вещества. В резултат нарушената регулация на микро-РНК молекулите участва в развитието на ракови, сърдечносъдови и невродегенеративни заболявания.
- Каква е причината?
- Това са едноверижни молекули с много висока комплементарност (свойство на две или повече неща, които се допълват взаимно, за да образуват цяло или да постигнат определена цел - бел. ред.) към последователността на матричните РНК молекули, които трябва да преведат информацията, записана върху тях, в протеини. В резултат на свързването на тези микро-РНК молекули към матричните те успяват да блокират протеиновата синтеза. Затова се определят и като мощен регулаторен механизъм, замесен във всички процеси в клетките ни.
- Къде най-често ще се прилагат тези нови знания за микро-РНК молекулите?
- Микро-РНК молекулите са с много сериозни приложения в областта на медицината, за някои от тях е известно, че са маркери за онкологични заболявания. Много видове рак вече имат доказан специфичен профил на експресия на микро-PHK молекули. Това се опосредства от тяхната стабилност и лесно откриване и именно така осигурява отлични биомаркерни свойства, които могат да се използват за диагностика, определяне на стадия на развитие на дадено онкологично заболяване, прогнозиране на начина на неговото протичане. Това осигурява и широк спектър от клинични приложения. Вземете за пример глиомите (група мозъчни тумори) - при тях нивата на специфична микроРНК (miR-181) са с важна диагностична и прогностична стойност за живота и качеството на живот на пациентите. Друг пример е miR-CT3 - микро-РНК молекула, която има важна диагностична стойност за остеосаркома (злокачествен рак на костите, който се проявява при млади и възрастни). И примерите не спират дотук. Потенциалът на тези микро-РНК молекули е огромен в медицинската практика и се очаква да се разраства.
- А какво може да е приложението на тези РНК-молекули в стратегиите, насочени срещу остаряването?
- Стареещият клетъчен фенотип се характеризира със значителни промени в морфологията, поведението, структурата и функцията на клетките, дължащи се главно на промени в генната експресия, протеиновата секреция и индукцията на клетъчна смърт. Тези промени могат да допринесат за ускоряване на стареенето, загуба на клетки в тъканите и намаляване на телесната функция, което води до повишена честота на свързани с възрастта заболявания. Натрупването на стареещи клетки в тъканната микросреда може допълнително да насърчи свързани с възрастта фенотипи като рак, неврологични разстройства и други патологии. Именно тук микро-РНК молекулите играят решаваща роля в регулирането на тези процеси чрез контролиране на всички клетъчни процеси, баланса между тях и клетъчната смърт, и метаболизма. Проучванията показват, че микро-РНК молекулите значително влияят върху продължителността на живота и процеса на стареене. Следователно разбирането и манипулирането на тяхната експресия може потенциално да осигури терапевтични стратегии за забавяне на стареенето и лечение на свързани с възрастта заболявания.
- В сферата на стареенето се смята и има научни данни, показващи, че микро-РНК молекулите могат да имат продълголетен или инхибиращ (осуетяващ - бел. ред.) дълголетието ефект.
- Известни са няколко такива микро-РНК молекули, към които интересът е много голям.
Те са свързани с контрола върху експресията на гени, тясно свързани с регулацията на фактори и пътища, участващи в процеса на стареене, като инсулин/инсулин-подобен растежен фактор (IGF)-1, фосфатидилинозитол 3-киназа (PI3K), мишени на рапамицин (TOR), митоген-активирана протеин киназа (MAPK), АМР-зависима протеин киназа (AMPK) и много други. Доказано е, че именно микроРНК молекули участват в процеса на стареене, като контролират споменатите молекулни пътища. Пример са miR-100, miR-30a и miR-34a. Те засягат общи пътища, обуславящи продължителността на живота и стареенето. И могат да се ползват като маркери за доказване на клетъчното стареене и като мишени за контрол върху процеса.
- С други думи, те имат регулаторна функция и ако тя се наруши, започва натрупване на грешки?
- В процеса на остаряване се натрупват грешки, с които клетката не може да се справи, а организмът не успява да компенсира със своите защитни функции. Тогава има вероятност да се стигне до бързо остаряване или до израждане на клетката в туморна. Именно затова регулаторите на гените, в т.ч. и микро-РНК молекулите, имат такъв голям потенциал за приложение в сферата на неостаряването и борбата със свързаните с него заболявания.
- Днес в нашето ежедневие можем ли някак да се възползваме от тези открития?
- Можем, но първо трябва да разберем, че в хода на живота нашите клетки трупат много грешки и се нарушава стандартният код на презаписване на генетичната информация. От индивидуална гледна точка е добре да осъзнаем потенциала и силата на това знание, което намира приложение във всички сфери - в храненето, във физическа активност, в интервенции, насочени към неостаряване, подобряване на здравето - все фактори и полета с голяма стойност. От научна и технологична гледна точка очакванията са огромни, защото и днес на базата на изследвания на профила на микро-РНК молекулите се създават специализирани и персонализирани протоколи за измерване на клетъчното остаряване, диагностицирането на свързаните с него заболявания и разработването на терапевтични протоколи за забавяне на тези процеси. Затова смятам, че потенциалът на откритието е огромен.
СV
Милена Георгиева е професор по молекулярна биология към Лабораторията по молекулярна генетика, епигенетика и дълголетие към Института по молекулярна биология, БАН.
Ръководител и участник е в редица научноизследователски проекти към национални и международни агенции.
Съосновател е и научен директор на STEAM & SPACE Клъстер, който обединява водещи образователни, академични и иновативни организации, профилирани в науката, технологиите, инженерните науки, изкуството и математиката (STEAM), както и космическите изследвания.
Член е на Съюза на учените в България, на Европейската федерация на биохимичните дружества и на Международния съюз по клинична епигенетика.