miRNA

PETR HENEBERG  |  Věda
mIRNA

Nový bojovník proti rakovině

Začněme zeširoka. Nejspíš jsme již někdy slyšeli, že každá buňka našeho organismu (kromě červených krvinek) si v sobě nese 23 párů chromozomů.

Všechny chromozomy jsou tvořeny dvoušroubovicí složenou ze čtyř různých bází DNA (deoxyribonukleové kyseliny). Těch jednotlivých součástek – bází – nese každý chromozom něco mezi 50 a 250 miliony. Některé z nich kódují proteiny, další mají jiné záslužné úkoly a o některých částech se dodnes neví, k čemu nám vlastně jsou. Existuje však ještě druhá nukleová kyselina s podobnou zkratkou – RNA. Chemicky se od DNA odlišuje jen přítomností jednoho atomu kyslíku na každé z bází. Důležitá je ale její odlišná funkce. Již dlouhá léta se ví, že RNA v našem těle slouží jako jakýsi meziprodukt při syntéze proteinů.

Poněkud větším překvapením v relativně nedávné době bylo, že některé druhy RNA nemusejí sloužit jen jako meziprodukty, ale že mají i svou specifi ckou funkci – RNA může nabývat řady nejrůznějších vlastností (roku 2006 byla za tento objev udělena Nobelova cena). Relativně dlouho se ale zdálo, že jde o poměrně exotickou výsadu nemnoha druhů rostlin a živočichů – například petúnií nebo háďátek. Nové vlastnosti RNA se zdály být velmi dobře využitelné jako nástroj pro genové inženýrství. Nikdo však neuvažoval o tom, že by byly molekuly s podobnými vlastnostmi běžně přítomny i u člověka.

miRNA přichází na scénu

Roku 1993 byla v háďátku (malý červovitý živočich) objevena přítomnost molekul RNA o 21– 23 bázích, jež se ukázala nezbytnou pro zdárný vývoj háďátka.

Později byly obdobně vyhlížejících molekul o stejné délce identifi kovány desítky druhů a roku 2001 byl pro ně navržen termín mikroRNA (zkráceně miRNA). Co je na miRNA tak výjimečného? Jedná se o to, že miRNA si vystačí sama, není to žádný meziprodukt, na základě kterého by se tvořily nějaké proteiny. Tato malá molekula se naopak váže na normální, již dlouho známé molekuly RNA, které zajišťují syntézu jednotlivých proteinů. Navázání miRNA tuto syntézu potlačuje, a tím efektivně snižuje množství daného proteinu v buňce.

Před pár lety byla první miRNA objevena i v lidských buňkách.

A nezůstalo jen u jedné, dnes již známe řadu druhů lidských miRNA. Zatím není možno říci, kolik přesně, protože každým týdnem jsou objevovány další a další. Zatím jich bylo identifi kováno více než 500. Již dnes tedy jde o dostatečně vysoké množství, aby jejich pomocí mohlo být velmi přesně regulováno množství nejrůznějších buněčných procesů.

Co tedy miRNA regulují?

Procesů, v jejichž regulaci hrají miRNA klíčovou úlohu, se v posledních letech vyrojilo naprosto nečekané množství. Jen namátkově – miRNA mají kritickou úlohu v regulaci našeho stárnutí.

Rychlost syntézy některých miRNA se v našem těle totiž mění ve středním věku. Podařilo se již dokumentovat, že změny v jejich množství mají souvislost se stárnutím – například se zhoršováním funkce jater (alkoholici, plačte!) a s Alzheimerovou chorobou (stařecká demence). Další velmi důležitou funkcí řady druhů miRNA je jejich úloha ve vzniku a progresi nádorového bujení. Nádorové bujení je způsobeno změnami v DNA našich buněk. Ve většině případů k těmto změnám dochází prostřednictvím mutací (výměna jedné či více bází v mnoha milionech bází v molekulách DNA – chromozomech), insercí (vložení několika bazí tamtéž) nebo delecí (odstranění několika bází tamtéž). Tyto změny mohou být způsobeny nejrůznějšími procesy -v kůži například UV zářením při nadměrném opalování, v plicích následkem inhalování cigaretového kouře nebo vdechováním emisí ze vznětových motorů, v konečníku po soustavném celoživotním pojídání pokrmů obsahujících některé závadné složky. Zároveň můžeme některé ze změn zdědit po svých rodičích.

S výjimkou nemnoha nádorů, způsobených virovými infekcemi, musí ke vzniku nádorového bujení proběhnout hned několik změn. Může k nim docházet i postupně, výše popsané změny mají tendenci se v našem těle kumulovat.

Většina nádorů potřebuje ke svému vzniku nejméně tři, obvykle až pět poměrně zásadních změn v naší DNA. Následkem těchto změn dochází ke zvýšení či naopak snížení množství některých klíčových buněčných proteinů. Většinou jde o proteiny regulující, jak často se buňka dělí, kdy a jakým způsobem má odumřít, jak rychlý má mít metabolismus, co všechno bude ke svému růstu od těla vyžadovat, zda má sedět na jednom místě, anebo se v těle pohybovat. V poslední době se ukazuje, že právě miRNA mají na vznik nádorového bujení klíčový vliv. Některé miRNA totiž udržují geny s nádorovým potenciálem ve svých mezích – způsobují, že tělu za běžných okolností neškodí a jsou mu naopak nejrůznějšími způsoby prospěšné. Pokud však dojde ke změně množství těchto miRNA, mohou se v některých případech původně neškodné geny aktivovat a rychle vyvolat vznik nádoru. Sama miRNA tedy nic škodlivého neprodukuje, ale hlídá geny, které by samy o sobě škodlivé účinky mít mohly.

miRNA a lékaři

Existuje již i několik nápadů, jak lze miRNA při detekci a léčbě rakoviny využít. Začněme zmíněnou detekcí. Onkologové mají totiž často problém určit, z jaké tkáně konkrétní nádor pochází. Nádorové buňky mají totiž často schopnost po těle migrovat, popřípadě může nádor před diagnostikováním prorůst do několika sousedících tkání najednou.

Jednoznačnou odpověď dává miRNA. Jak jsme si již v úvodu řekli, známe jich u člověka dnes kolem pěti set.

V každé tkáni lze však nalézt jen některé z nich. Každá tkáň má tedy něco jako podpis – soubor miRNA, které se v ní pravidelně objevují. I když v průběhu nádorového bujení dochází k velkým změnám, tento podpis zůstává alespoň z části zachován a lze jím relativně jednoduše zjistit, odkud nádor pochází – a následně nasadit pacientovi vhodnou léčbu. V českém zdravotnictví tento typ detekce ještě schválen není, ale jeho příchod je již otázkou blízké budoucnosti.

Obrovský potenciál

Co se týče potenciálu pro léčbu některých druhů nádorových onemocnění, je obrovský. Byly již identifi kovány a syntetizovány miRNA působící proti nejznámějším onkogenům, jakým je například gen c-myc. Zároveň se podařilo zjistit, že naopak některé proteiny potlačující nádorové bujení (např. protein p53) používají jako jeden z mechanismů aktivaci syntézy protinádorové rodiny miRNA molekul. Protein p53 je jedním z nejčastěji mutovaných genů v nejrůznějších typech lidských nádorů. Množení nádorových buněk způsobené mutací v genu pro protein p53 se podařilo experimentálně zastavit právě podáním zmiňovaných miRNA regulovaných genem p53.

Dalších konkrétních příkladů je dnes již nesčíslné množství. Musíme mít na paměti, že od objevu prvních miRNA uběhlo jen pár let. Naopak schvalování nového léčiva trvá samo o sobě nejméně 5–10 let. První přípravky založené na principu miRNA a fungující na experimentální úrovni jsou již na světě. Jejich komerční dostupnost je však z důvodu zdlouhavých klinických zkoušek otázkou příštího desetiletí. Potěšit nás může, že na nich farmaceutické společnosti velmi intenzivně pracují, neboť se očekává jen minimum vedlejších efektů – ve srovnání s často negativním dopadem užívání současných protinádorových léčiv.

Vyvrácené dogma molekulární genetiky. Naprosto nečekané funkce našeho genomu. Naprosto nepostradatelné malé molekuly, o jejichž existenci v našem těle před pár lety ještě nikdo netušil. Takto začíná příběh miRNA, dobrého sluhy a špatného pána. Genetika – jak to vlastně je? Nové vlastnosti RNA se zdály být velmi dobře využitelné jako nástroj pro genové inženýrství. Nikdo však neuvažoval o tom, že by byly přítomny i u člověka.

Nádor bude možné detekovat pomocí miRNA v krvi V červenci roku 2008 se objevila naprosto převratná zpráva. Nejenže budeme schopni pomocí miRNA nádory odlišit od sebe navzájem a poté je i léčit, my je pomocí miRNA budeme dokonce moci detekovat, aniž bychom museli provést jakýkoli výraznější zákrok na pacientovi. Dnes se na podobném principu rozpoznává třeba přítomnost nádoru prostaty, kdy se zjišťuje hladina tzv. specifi ckého prostatického antigenu v krvi dotyčného muže. Pokud je příliš vysoká, indikuje to spolu s jinými příznaky přítomnost nádoru prostaty. Podobně to bude fungovat i s miRNA. Přinejmenším některé nádory (například opět nádor prostaty) vylučují do krve nádorově specifi cké molekuly miRNA. Zdá se, že vbrzku budou krevní testy na přítomnost nádorově specifi ckých miRNA sloužit pro levnou a bezbolestnou detekci nádorů už v časných stadiích, kdy jsou ještě dobře léčitelné. I když v průběhu nádorového bujení dochází k velkým změnám, soubor miRNA zůstává alespoň zčásti zachován a lze z něj zjistit, odkud nádor pochází.

Velký miRNA byznys Už dnes představují miRNA obrovský komerční potenciál. Ještě ani neskončilo jejich objevování, natož pak charakterizace, ale již nyní se potenciál trhu s produkty založenými na miRNA odhaduje na miliardy dolarů. Nejznámější společností v oboru je dánská Exiqon. Zaměřuje se jak na spolupráci s výzkumníky, tak na vývoj a následný marketing diagnostických sad detekujících syntézu miRNA ve tkáních postižených nádory. Základní idea použití diagnostiky na bázi miRNA spočívá v optimalizaci existujících léčebných postupů a vynechání těch neefektivních. Diagnostické sady Exiqonu jsou již dnes používány na klinikách typu Mayo Clinic, Memorial Sloan-Kettering aj. Jak to již bývá, české firmy nástup technologií založených na miRNA nezachytily.

Nejčtenější