FÜSIOLOOGIA JA MEDITSIIN AUHIND

Õigem oleks öelda vaigistamine, kuna tänavu füsioloogia ja meditsiini vallas preemiavääriliseks tunnistatud avastus kirjeldab geeni väljalülitamise mehhanismi, mida kutsutakse RNA interferentsiks, lühendatult RNAi.

Kaks USA teadlast, Craig C. Mello Massachusettsi Ülikoolist Worcesteris ja Andrew Z. Fire Stanfordi Ülikoolist Palo Altos said suure tunnustuse (1,37 miljonit USD) osaliseks avastuse eest, mille nad avaldasid 1998. aastal ajakirjas Nature. Kõigile, kes asjaga kursis, on RNAi tähtsus selge – tegemist on uue geenide regulatsiooni tüübiga. Nobeli-huvilised, kellest teadlaste hulgas puudust pole, arutlesid juba mõnda aega, kes küll RNAi avastamise eest preemia saab. Nüüd on lahendus käes. Põhjusi aruteludeks oli aga küllalt, sest lisaks Fire ja Mello panusele on ka mitmed teised teadlased teinud olulisi töid, mis viisid RNAi avastamiseni. Eriti tuleks nimetada taimegeneetikut David Baulcombe’i Sainsbury laborist Norwitch’is Inglismaal. Baulcombe avaldas oma uurimuste tulemused juba viis aastat varem kui Fire ja Mello.

Kõik algas taimedest

RNAi – taimede puhul nimetatakse seda geeni vaigistamine – vaatlemisel alustame just Baulcombe’ist, kes töötas taimede geenidega. Ta leidis koos kaastöölistega, et mõnel juhul viib geeni lisakoopia viimine taimerakku selle geeni väljalülitamisele, mis hõlmab ka raku kromosoomis olevaid geenikoopiaid. Siit ka termin geeni vaigistamine.

DNA, päriliku teabe kandja, on kaheahelaline molekul. Need kaks ahelat on omavahel komplementaarsed. Vaid ühelt DNA ahelalt sünteesitakse mRNA ehk valku kodeeriv RNA, mis on matriitsahelaga komplementaarne. Teine DNA ahel, mida RNA sünteesil ei kasutata, kannab nime antisense (vastand) ahel. Kui sünteesida RNA antisense ahelalt, siis võib ta moodustada mRNA-ga kaheahelalise RNA (dsRNA), mida rakud valkude sünteesimisel kasutada ei suuda.

Enne RNAi avastamist oli omaks võetud arusaam, et mida rohkem mRNA-d, seda rohkem geeni produkti, st valku. Baulcombe’i tööd lõid tõsise mõra sellesse nii loomulikuna tundunud dogmasse. Ta näitas, et mRNA hulga suurendamine võib vahel viia geeni vaigistamisele. Vaigistamine võib toimuda ka antisense RNA sünteesi kaudu.

Sireussi uurides

Fire ja Mello uurisid geenide avaldumise ja regulatsiooni mehhanisme ümarussis Caenorhabditis elegans (sireuss). Sireuss on armastatud mudelorganism arenguga seotud geenide uurimisel, mis oligi 1990. aastate lõpul Washingtoni Carnegie Instituudis Baltimore’is töötanud Fire ja Massachusettsi Ülikooli vähiuuringute keskuses Worcesteris töötanud Mello uurimissuund. Nende meeskond uuris, kuidas mõjutab lihasvalgu taseme muutus sireussi arengut. Sel eesmärgil tahtsid nad muuta lihasvalgu kogust. Uurijad süstisid rakkudesse selle valgu spetsiifilist mRNA-d, mis peaks valgukogust suurendama, või antisense RNA-d, millest eeldati, et see vähendab valgu kogust, blokeerides rakkude mRNA. Paraku ei muutnud kummagi RNA rakku viimine lihasvalgu taset. Suur oli aga üllatus, kui teadlased kontrollkatses leidsid, et süstides kaheahelalist RNA-d, mis moodustub mRNA ja antisense RNA ahelatest, viib see hoopis lihasvalgu täielikule kadumisele.

Avastuste laviin

See avastus pani veerema laviini: leiti kaheahelalise RNA ehk dsRNA suunatud geeni vaigistamine paljudes organismides, kaasa arvatud inimene; avastati väikesed RNA molekulid ehk miRNA-d, mis inimesel suunavad ligi ühe kolmandiku geenide regulatsiooni; avastati geenide väljalülitamise uued mehhanismid, kaasa arvatud viiruste vastased kaitsemehhanismid. Tänaseks töötavad kümned kompaniid RNA suunatud geeni vaigistamisel põhinevate ravimeetodite väljatöötamisega. dsRNA abil on selgitatud või täpsustatud väga paljude geenide tähendus. Nobeli preemia üks oluline kriteerium on uute perspektiivide ja uurimissuundade avanemine. Seepärast võime mõista komitee otsust anda preemia RNAi avastamise eest, ja seda ebatavaliselt kiiresti pärast avastuse avaldamist.

Aga see ei ole veel kõik. Fire ja Mello andsid suure panuse ka RNA interferentsi molekulaarse mehhanismi väljaselgitamisesse. Kaheahelaline RNA võib rakkudesse sattuda näiteks viirusinfektsiooniga, sest paljude viiruste geenid on dsRNA kujul. Teadlased kasutavad geenide uurimiseks viirusinfektsiooniga sarnast meetodit. Rakus tunneb dsRNA ära ensüümikompleks, mille põhikomponent on valk nimega Dicer. Dicer on ensüüm, mis lagundab kaheahelalise RNA 21–27 nukleotiidisteks kaheahelalisteks tükkideks. Neid tükke tuntakse siRNA-dena (small interfering RNA). siRNA suunatakse kompleksi nimega RISC (RNA-induced-silencing-complex), kus ahelad eraldatakse. RISC on RNAi keskne struktuur, kus toimuvad RNA vaigistamise põhisündmused. Selles kompleksis on tähtis osa valgul nimega Argonaut. siRNA järjestuse alusel leiab RISC üles sobiva märklaud-RNA, mille vaigistamist suunata. Vaigistamine toimub kas mRNA lagundamise või translatsioonikõlbmatuks muutmise teel. Kui rakkudesse viia otse siRNA-d, siis läheb selline siRNA kohe RISC-kompleksi ja toimub samuti geeni vaigistamine. Kümned kompaniid pakuvad väikeste RNA-de sünteesi teenust ja kliente jätkub.

Aga seegi pole veel kõik. Nimelt on leitud väikesed RNA molekulid (miRNA sõnast mikro-RNA), mis on kodeeritud genoomis ja mis moodustavad kaheahelalisi osi. Need väikesed RNA-d on mingi kindla mRNA-ga sama järjestusega. miRNA-st lõigatakse Diceri poolt välja sarnane tükk, nagu see oli siRNA puhul, ja see satub RISC-kompleksi, kus toimub ühe kindla järjestusega geeni vaigistamine. Just sellised miRNA-d on olulised individuaalse arengu käigus toimuval geenide ümberlülitamisel.

Viimaks veel väikeste RNA-de ühest vastuolulisest omadusest. Sel alal on avaldatud, ümber lükatud ja tagasi võetud mitmeid sensatsioonilisi tulemusi. Meie genoom sisaldab palju DNA kordusjärjestusi, mida kutsutakse ka rämps-DNA (junk DNA). Selliste pikkade korduste tähtsus organismide elus on ebaselge. Tavaliselt on korduv DNA vaikivas olekus, aga avaldumise korral võib see tekitada suurt kahju, näiteks põhjustada kasvajaid. Rämps-DNA säilib meie genoomis nagu rämpspost meie arvutite kirjakastides, puudub efektiivne mehhanism selle vastu võitlemiseks. On andmeid, et mõned miRNA-d suunavad selliste aktiviseerunud rämps-DNA-de vaigistamist, aga mitte RNA tasemel, vaid mõjutades vastava kromosoomipiirkonna metüleerimismustrit. Nii muutub organismile kahjulik geen heterokromatiiniks, mis on inaktiivne ja seega kahjutu.

JAANUS REMME (1953) on molekulaarbioloog, Ph.D., Tartu Ülikooli molekulaar- ja rakubioloogia instituudi professor.