Epigenetika és a miRNS szabályozás

A humán genom mintázatainak értékelése igen összetett, és a környezetnek sokkal jelentősebb szerepe van a sejt DNS állományának gyors modulálásában, mint ahogy azt korábban hittük. A környezeti hatások és a genetikai kód közötti kapcsolatot az epigenetikai tényezők jelentik, melyek a humán genom gyors adaptációjáért felelősek, a folyamatosan változó fizikai, kémiai és biológiai környezetben. Ennek következtében nagy szerepet játszanak az egyént meghatározó tulajdonságok létrejöttében. Az epigenetika definíció szerint magában foglalja azokat az öröklődő, fenotípusbeli és génkifejeződésbeli változásokat, melyek nem járnak együtt a DNS szekvencia megváltozásával. Az epigenetikai mechanizmusok közé tartozik a DNS metiláció, a hisztonfehérje módosulások, a kromatin remodeling, a polycomb fehérjecsoportok és a rövid nem kódoló RNS molekulák (miRNS, siRNS, piRNS és snoRNS és snRNS) által közvetített szabályozás.

A mikro-RNS-ek (mi-RNS) molekulacsoportot az 1990-es években fedezték fel egy mikroszkopikus nematódában (Caenorhabditis elegans), és rájöttek, hogy más fajokban, így az emberben is expresszálódnak. A mi-RNS-ek kis, 19-25 bázispár hosszúságú RNS-ek, melyek intra- vagy intergenikus szakaszról íródnak át, és nem transzlálódnak. Szintézisük több lépéses folyamat: a transzkripciót RNS-polimeráz III. végzi, ami egy 1-3 kb hosszú, kettős szálú prekurzort, a primer miRNS-t (pri-miRNS) hoz létre, jellegzetessége, hogy hajtű-struktúrákat (stem loop) tartalmaz. Ezután egy endoribonukleáz, a DROSHA és kofaktora, a DGCR-8 (di George syndrome critical region) segítségével a stem loop részeket leválasztja. Az így keletkezett 70-100 nukleotid hosszúságú pre-miRNS a citoplazmába Ran-GTPáz aktivitású Exportin-5 segítségével jut ki. Végső átalakítását a DICER ribonukleáz és kofaktora, a TRBP (Tar RNA binding protein) végzi a terminális hurok eltávolításával, és így kialakul a 19-25 bázispár hosszúságú miRNS. Az érett miRNS beépül egy ribonukleotid komplexbe, a RISC-be (RNA induced silencing complex). Itt a kettős szálú miRNS szétcsavarodik, elválik egymástól, a vezérszál stabilizálódik, a másik szál pedig elbomlik.Ezt követően kötődésük a messenger RNS-ekhez (mRNS) ehhez a komplexhez kapcsoltan történik. A RISC a miRNS-en kívül argonauta fehérjét (emlősökben négy változat ismert: AGO-1-4) és több más fehérjét tartalmaz. A miRNS a cél mRNS-hez kötődve szabályozza annak működését. A szabályozás történhet a target mRNS 3’ UTR (untranslated region) szakaszához történő kapcsolódással, de kötődhet az 5’ UTR szakaszhoz vagy ORF-hez (open reading frame) is. Így a miRNS blokként gátolja a transzlációt, vagy lebontó endonukleázokat aktiválva a mRNS degradációját okozza. A kötődéshez, így a szabályozáshoz nem szükséges a teljes komplementaritás.

Eddig több mint 30.000 miRNS-t azonosítottak (www.mirBase.org). Valószínűsítik, hogy a genom 50-60%-át szabályozzák a miRNS-ek. Egy mRNS-t több miRNS szabályozhat, és egy miRNS több mRNS transzlációját befolyásolhatja. Így lehetővé válik a génexpresszió finom hangolása, a sejt életfolyamatainak - a differenciáció, a sejtosztódás, az apoptózis, az intermedier anyagcsere folyamatok harmonikus szabályozása, a homeosztázis fenntartása. Ha a sejtek életfolyamatainak bármely területén változás következik be, a miRNS mintázat, a miRNS-ek mennyisége és szabályozó képességük módosulása az élettani funkciók megváltozásához vezet. Gyulladásos folyamatokban, szövetkárosodás során, daganatos betegségekben detektálható ez az eltérés. Ugyanakkor természetes élettani folyamatokban, például a magzati növekedés és differenciáció kapcsán a magzat és a placenta folyamatos miRNS kifejeződés változása is megfigyelhető  .

Adott szövet daganatos és egészséges sejtjeit összehasonlítva a miRNS mintázat eltérést mutat. Ez egyrészt eredhet közvetlenül a DNS szekvencia sorrendet érintő struktúrális változásból, mivel a miRNS gének többnyire intergénikus szakaszokon, fragilis kromoszóma régiókbantalálhatók, melyek daganatokban gyakran szenvednek deléciót, transzlokációt, töréseket. Genom szintű változásokon kívül a miRNS-ek érése során bekövetkező módosulások, epigenetikus eltérések is vezethetnek eltérő miRNS kifejeződéshez. Ezen kívül a miRNS-ek vezikuláris aktív transzportja is bizonyítást nyert. A megváltozott miRNS szabályozást mutató sejt így a szomszédos sejtekben zajló poszttranszkripciós szabályozó folyamatokra is hatással lehet, néhány közleményben a szöveti szerveződést, morfosztázist fenntartó illetve azt befolyásoló faktorként említik. A miRNS-ek struktúrális és funkcionális változásai hidat képeznek a genetikai és epigenetikai szintű változások között. Kismolekulák, melyek egyrészről külső hatásra azonnali funkcionális genomiális változásokat indukálhatnak, ugyanakkor megteremtik a génkifejeződés stabil kémiai hátterét az egyes sejtgenerációk között.

Aszerint, hogy mely gént regulálják, a miRNS-ek viselkedhetnek onkogénként (onkomir) illetve tumorszupresszor génként. A miRNS-ek kifejeződése nagyfokú sejt és szövet specificitást mutat, mely meghaladja a mRNS és hosszú nem kódoló RNS szakaszok (lncRNS) szöveti szintű kifejeződésbeli eltéréseit.

A miRNS-ek kémiailag nagyon stabil szerkezetűek és magas átható képességű molekuláris vizsgálatokkal jól reprodukálhatóan kimutathatók szövetekből, szérumból, plazmából, nyálból, vizeletből és egyéb testnedvekből, még formalin fixált paraffinba ágyazott archív patológiai szövetmintákból is.  A miRNS expressziós profil-elemzés számos daganatos megbetegedés vonatkozásában mutatkozott alkalmasnak a normál és tumor szövet differenciálására és a szövetspecifikus alcsoportok elkülönítésére.