Harvard zmapoval 30 000 chimérických mRNA, které mohou vytvářet nové proteiny

Lidské geny nelze chápat jen jako oddělené položky v katalogu. Výzkumníci z Harvard Medical School nyní ukázali, že instrukce z různých genů — někdy dokonce z genů na odlišných chromozomech — mohou být spojeny do jediné molekuly mediátorové RNA (mRNA). V myších i lidských makrofázích, tedy buňkách vrozené imunity, zaznamenali více než 30 000 kandidátních chimérických mRNA. Nejméně jedna z nich podle experimentů vytváří biologicky aktivní protein.613

Co přesně vědci našli

Chimérická mRNA obsahuje úseky pocházející ze dvou různých rodičovských genů. Některé nalezené spoje propojovaly geny umístěné na různých chromozomech — tedy kombinace, které mohou při běžném popisu genomu a jeho genů zůstat skryté.6

Podstatná je však opatrná interpretace čísla 30 000. Jde o katalog molekul pozorovaných alespoň jednou, nikoli o důkaz, že každá z nich je v buňce běžná, stabilní, překládá se do proteinu nebo má důležitou biologickou funkci.6 Samotný záchyt RNA je začátkem objevu; potvrdit nový protein a jeho úlohu vyžaduje další pokusy.

Proč rozhodlo přímé sekvenování dlouhé RNA

Při obvyklém sekvenování RNA se čte velké množství krátkých fragmentů a výsledná molekula se následně skládá výpočetně. U vzdáleného spojení dvou genů pak může být obtížné spolehlivě doložit, že oba úseky patřily téže původní molekule RNA.

Harvardský tým využil nanopórové přímé sekvenování RNA s dlouhými čteními. Tato metoda čte jednotlivé nativní molekuly RNA přes delší úseky, a umožnila proto zachytit přechody z jednoho genu do druhého a sestavit katalog chimérických RNA v makrofázích.613

Nálezy vědci kontrolovali také nezávislými metodami zaměřenými přímo na spojovací místa: analýzou krátkých čtení Illumina, sondami NanoString a PCR následovanou Sangerovým sekvenováním. Tyto vzájemně odlišné postupy měly snížit pravděpodobnost, že jde o artefakty sekvenování či přípravy vzorku.13

Možné vysvětlení: trans-sestřih RNA

Výsledky jsou slučitelné s procesem označovaným jako trans-sestřih (trans-splicing). Při něm se exony ze dvou samostatných prekurzorových RNA spojí do jedné zralé RNA. Liší se tak od běžného cis-sestřihu, který odstraňuje introny a spojuje exony uvnitř jedné prekurzorové RNA. Trans-sestřih může vytvářet neobvykle poskládané chimérické RNA a v některých případech i nové proteiny.41

Tým navíc použil metodu in situ Hi-C, která zachycuje prostorové kontakty chromozomů. Zkoumal, zda zánět vyvolává kontakty mezi oblastmi rodičovských genů těchto chimérických RNA. Tento přístup podporuje zkoumání vysvětlení na úrovni zpracování RNA, místo aby se automaticky předpokládalo, že každé takové spojení představuje trvalou přestavbu DNA.13

Od neobvyklé RNA k funkčnímu proteinu

Nejsilnější důkaz se týká vybrané chiméry spojující GSDMD se sekvencí odvozenou od TMEM106A. Dřívější práce ukázaly, že gasdermin D je klíčovým proteinem pyroptózy — zánětlivé formy buněčné smrti. Zánětlivé kaspázy z něj uvolní N-terminální fragment, který se shlukuje v buněčných membránách a vytváří v nich póry.1

U chiméry GSDMD–TMEM106A výzkumníci kombinovali pokusy se zvýšením i potlačením funkce: doručování mRNA v lipidových nanočásticích, siRNA, varianty vytvořené metodou CRISPR včetně knock-in a stop alel, biochemické testy, zobrazování i bezbuněčné systémy. Výsledky spojily fúzní protein s vrozenou imunitní odpovědí, kontrolou Salmonella v makrofázích, přežitím v modelech sepse a pyroptózou.13

Právě toto funkční ověření posouvá zjištění za hranici pouhého neobvyklého spojení RNA: ukazuje, že alespoň jeden chimérický transkript může vytvořit protein s fyziologickými důsledky.

Další důvod opustit zkratku „jeden gen, jeden protein“

Často uváděná představa, že přibližně 20 000 lidských protein-kódujících genů odpovídá přibližně 20 000 proteinům, byla už dříve zjednodušením. Alternativní sestřih totiž dovoluje jednomu genu vytvářet více variant RNA a proteinů.

Nová práce tento obraz dále rozšiřuje: alespoň v některých buněčných stavech se informace pro tvorbu proteinu mohou sestavovat z oddělených genů.6 Neznamená to, že běžné genové modely přestávají platit. Spíše to ukazuje na možná rozsáhlou, na okolnostech závislou vrstvu RNA produktů, kterou standardní anotace snadno přehlédnou. Kolik z více než 30 000 kandidátů skutečně vytváří stabilní a funkční proteiny, zatím nevíme.613

Co by to mohlo znamenat pro vývoj léčiv

Chimérická RNA nebo protein mohou být specifické pro určitý buněčný typ, fázi zánětu či nemoc. Pokud se to potvrdí, jejich jedinečné spojovací místo v RNA nebo nová proteinová sekvence by mohly nabídnout selektivnější cíl než zásah do některého z rodičovských genů.

Možné směry dalšího výzkumu zahrnují:

• Zánětlivá onemocnění: Chiméry zasahující do drah, jako je GSDMD, by mohly ukázat cesty, jak přesněji ovlivnit pyroptózu. Gasderminy se už zkoumají jako terapeutické cíle, protože zprostředkovávají narušení buněčné membrány při zánětlivé buněčné smrti.20
• Nádorová onemocnění: Transkripty omezené na nemocnou tkáň by teoreticky mohly odhalit nové antigeny, biomarkery nebo molekulární zranitelnosti. Pro tento konkrétní katalog to ale zatím zůstává hypotézou, nikoli ověřenou léčebnou strategií.
• Neurodegenerativní onemocnění: Pyroptóza zprostředkovaná gasderminy je předmětem výzkumu také v neurodegeneraci. Hledání chimérických RNA by proto mohlo pomoci odhalit dosud neanotované zánětlivé mechanismy nebo biomarkery v relevantních buněčných stavech.20

Praktický význam této práce je zatím především v nové objevitelské metodě, ne v hotové zásobárně léků. Každý kandidát bude nutné nezávisle potvrdit z hlediska struktury RNA, tvorby proteinu, biologické funkce, vztahu k nemoci i bezpečnosti případného léčebného zásahu.613