میکروRNAها، عوامل کوچک اما تاثیرگذاری در سلول‌ها هستند که نقش مهمی در درک بسیاری از بیماری‌ها و کشف روش‌های درمانی نوین دارند.
اطلاعات ژنتیکی ما همچون کتابخانه‌ای بزرگ، شامل دستورالعمل‌های ساخت تمام پروتئین‌های بدن است. اما این اطلاعات به‌تنهایی کافی نیستند؛ برای تبدیل به پروتئین، باید فرآیندهای رونویسی و ترجمه روی آن‌ها انجام شود. در این فرآیند پیچیده، مولکول‌های کوچک اما مؤثری به نام میکروRNAها نقش نظارتی حیاتی دارند و با اتصال به مولکول‌های پیام‌رسان (mRNA)، میزان و سرعت تولید پروتئین‌ها را کنترل می‌کنند.
کشف میکروRNAها، افق جدیدی را به دنیای پیچیده ژنتیک و بیماری‌ها باز کرده است. ویکتور امبروز و گری رووکن، دو دانشمند برجسته آمریکایی، به‌خاطر کشف میکروRNA و نقش آن‌ها در تنظیم ژن، موفق به دریافت جایزه نوبل پزشکی در سال ۲۰۲۴ شدند. تحقیقات آن‌ها نشان داد که میکروRNAها در بسیاری از فرآیندهای بیولوژیکی، از جمله رشد و نمو، تمایز سلولی و واکنش به استرس، نقش اساسی ایفا می‌کنند.
اختلال در عملکرد میکروRNAها می‌تواند به بروز طیف گسترده‌ای از بیماری‌ها منجر شود. برخی از میکروRNAها به‌عنوان ژن‌های سرکوب‌کننده تومور عمل کرده و مانع رشد سلول‌های سرطانی می‌شوند، در حالی که برخی دیگر می‌توانند به افزایش رشد این سلول‌ها کمک کنند. علاوه بر این، میکروRNAها در بیماری‌های قلبی، خودایمنی و اختلالات عصبی نیز نقش دارند. در این مطلب به بررسی میکروRNAها و اهمیت آن‌ها در رشد و نمو موجودات زنده می‌پردازیم.
میکروRNA چیست؟
تصویر زیر یک سلول، به‌عنوان اصلی‌ترین واحد سازنده تمام موجودات زنده، را نشان می‌دهد. بدن ما از انواع گوناگونی از سلول‌ها، مانند سلول‌های پوستی، ماهیچه‌ای و استخوانی تشکیل شده است. با وجود تفاوت در ساختار و عملکرد سلول‌های مختلف، همه آن‌ها اجزای مشترکی از جمله هسته دارند.
هسته مهم‌ترین بخش سلول است که DNA را در خود جای می‌دهد. تمامی اطلاعات ژنتیکی که برای کنترل و تنظیم فعالیت‌های مختلف سلول ضروری هستند، در DNA ذخیره شده‌اند. به‌طور ساده، می‌توان گفت DNA مانند نقشه یا دستورالعملی برای عملکردهای سلول عمل می‌کند. این اطلاعات در بخش‌هایی از DNA به نام ژن‌ها قرار دارند.
تقریباً هر سلول بدن نسخه‌های یکسانی از DNA را دارد، به طوری که DNA در تمام سلول‌های یک موجود زنده یکسان است. برای مثال، سلول‌های بدن (به جز سلول‌های جنسی) از یک مجموعه کامل و مشابه از DNA تشکیل شده‌اند. این بدان معناست که تمام اطلاعات ژنتیکی لازم برای رشد و عملکرد موجود زنده در هر سلول وجود دارد و این اطلاعات در تمامی سلول‌ها نیز تکرار می‌شود.
شاید این سؤال پیش بیاید که اگر دستورالعمل‌های ژنتیکی در همه سلول‌ها یکسان است، چرا انواع مختلفی از سلول‌ها مانند سلول‌های پوست یا ماهیچه وجود دارند. پاسخ به این مسئله در پدیده‌ای به نام «خاموشی ژن» (Gene Silencing) نهفته است. در طی رشد و تکامل، بخشی از اطلاعات ژنتیکی ممکن است غیرفعال شوند و هر سلول فقط آن قسمت‌هایی از دستورالعمل‌ها را که برای ویژگی‌ها و عملکردهای خاصش نیاز دارد، فعال می‌کند.
برای خاموش کردن ژن‌ها، سلول از مولکولی به نام میکروRNA استفاده می‌کند. این مولکول قدرتمند با غیرفعال کردن RNA پیام‌رسان، ژن‌های مورد نظر را خاموش می‌کند. ژن‌ها به وسیله RNA، دستورالعمل‌های خود را به بخش‌های مختلف سلول ارسال کرده و اطلاعات ژنتیکی را به پروتئین‌ها ترجمه می‌کنند. میکروRNA با مهار RNA پیام‌رسان، ژن را غیرفعال می‌کند و از تولید پروتئین جلوگیری می‌کند. به این ترتیب، سلول می‌تواند ژن‌هایی را که به آن‌ها نیاز ندارد، خاموش کند.
برای درک بهتر، تصور کنید ژنی وجود دارد که به سلول‌های شما دستور می‌دهد پروتئین خاصی برای رشد بیشتر تولید کنند. در شرایط عادی، mRNA دستورالعمل‌ها را از DNA کپی کرده و پروتئین لازم برای رشد سلول تولید می‌شود. اما زمانی که بدن به اندازه کافی سلول تولید کرده و نیاز به کاهش یا توقف این رشد دارد، میکروRNA وارد عمل می‌شود. با اتصال به mRNA، میکروRNA مانع از ساخت پروتئین می‌شود و در نتیجه، رشد سلول‌ها متوقف می‌گردد.
این مکانیسم در دنیای واقعی نقش مهمی در جلوگیری از سرطان و بیماری‌های قلبی دارد. در بسیاری از سرطان‌ها، بدن توانایی کنترل رشد سلولی را از دست می‌دهد. برخی میکروRNAها می‌توانند با خاموش کردن ژن‌هایی که باعث رشد بی‌رویه سلول‌ها می‌شوند، از بروز سرطان جلوگیری کنند. سرطان زمانی رخ می‌دهد که میکروRNAها به درستی عمل نکنند و نتوانند روند رشد سلولی را مهار کنند.
علاوه بر این، برخی میکروRNAها در واکنش قلب به استرس نقش دارند. به عنوان مثال، miRNA-1 در تنظیم تقویت عضله قلب دخالت دارد و ژن‌هایی را که بر تقویت عضلات قلب تأثیر می‌گذارند، کنترل می‌کند.
سلول برای خاموش کردن ژن‌ها از مولکولی به‌نام میکروRNA استفاده کند
میکروRNAها نقش کلیدی در تنظیم فعالیت‌های سلول، از زمان شکل‌گیری تا مرگ آن، ایفا می‌کنند و در بسیاری از فرآیندهای سلولی مانند رشد، تکامل، عملکرد روزانه و حتی مرگ سلول مشارکت دارند. هرگونه اختلال در عملکرد میکروRNAها می‌تواند پیامدهای جدی برای بدن به همراه داشته باشد.
این اختلالات ممکن است به بروز بیماری‌های مختلفی از جمله سرطان و بیماری‌های قلبی منجر شوند. بنابراین، میکروRNAها نقش بسیار مهمی در حفظ سلامت بدن و پیشگیری از انواع بیماری‌ها دارند. با توجه به تأثیر عمیق این مولکول‌ها بر زندگی ما، بیایید نگاهی دقیق‌تر به آن‌ها بیندازیم.
نگاهی نزدیک‌تر به میکروRNA
مشابه ژن‌های تولیدکننده پروتئین، در DNA ژن‌هایی وجود دارند که برای تولید میکروRNAها کدگذاری شده‌اند و در هسته سلول قرار دارند. بنابراین، میکروRNA نیز همانند پروتئین از طریق کدهای ژنتیکی موجود در DNA ساخته می‌شود. آنزیمی به نام «RNA پلی‌مراز ۲» (RNA Polymerase 2) این ژن‌ها را رونویسی کرده و دو نوع RNA تولید می‌کند:
- RNA تنظیم‌کننده
- RNA پیام‌رسان
در این فرآیند، رونویسی اولیه یک RNA ابتدایی است که ساختاری به شکل «حلقه سنجابی» (Hairpin Loop) تشکیل می‌دهد. پس از چندین مرحله پردازش، این RNA به میکروRNA نهایی تبدیل می‌شود که در تنظیم فعالیت ژن‌ها نقش ایفا می‌کند.
در مرحله اول، پروتئینی به نام DGCR8 بخش دو رشته‌ای RNA را شناسایی می‌کند. سپس آنزیمی به نام Drosha به DGCR8 متصل شده و یک ریزپردازنده تشکیل می‌دهد که RNA را به قطعه کوچک‌تری به نام پیش‌میکروRNA برش می‌دهد. این قطعه کوچک‌تر، با انتقال از هسته به سیتوپلاسم، قادر است RNA پیام‌رسان یک یا چند ژن را غیرفعال کند. پیش‌میکروRNAها توسط مولکولی به نام Exportin5 از هسته به سیتوپلاسم منتقل شده و در آنجا توسط پروتئین بزرگی به نام Dicer شناسایی می‌شوند.
آنزیم Dicer با برش ساختار حلقه سنجابی، مولکولی کوچک و دو رشته‌ای از میکروRNA تولید می‌کند. در مرحله بعد، پروتئینی به نام آرگونات (Argonaute) به Dicer متصل می‌شود و میکروRNA را در خود نگه می‌دارد. در این مرحله، آرگونات نقش کلیدی در اتصال به میکروRNA ایفا می‌کند و به کمک Dicer موجب می‌شود که یکی از رشته‌های میکروRNA آزاد شود. رشته باقی‌مانده که به عنوان «رشته راهنما» (Guide Strand) شناخته می‌شود، با آرگونات و چند پروتئین دیگر ترکیب شده و کمپلکسی به نام RISC (کمپلکس خاموش‌سازی RNA) تشکیل می‌دهد که قادر است ژن‌های خاصی را غیرفعال کند.
RNA پیام‌رسان (mRNA) ژن هدف با توالی میکروRNA تطابق دارد و به همین دلیل قادرند به یکدیگر متصل شوند. پس از برقراری این اتصال، کمپلکس RISC می‌تواند به دو روش مختلف mRNA را غیرفعال کند.
- برش mRNA: پروتئین‌های موجود در RISC با برش RNA پیام‌رسان به قطعه‌های کوچک‌تر، سبب تخریب بیشتر آن به‌کمک سلول می‌شوند.
- مهار ترجمه: RISC می‌تواند از اتصال ریبوزوم‌ها به mRNA جلوگیری کند. ریبوزوم‌ها، ساختارهای کوچک و بدون غشا در سلول هستند که نقش بسیار مهمی در سنتز پروتئین‌ها دارند. به‌عبارتی، ریبوزوم‌ها به عنوان کارخانه‌های پروتئین‌سازی سلول عمل می‌کنند. بنابراین، اگر ریبوزوم‌ها نتوانند به mRNA متصل شوند، فرآیند ترجمه mRNA انجام نخواهد شد و در نتیجه، ژن خاموش باقی خواهد ماند.
میکروRNAها مانند مدیران کوچک و قدرتمندی در سلول‌ها عمل می‌کنند که با کنترل میزان تولید پروتئین‌ها، وضعیت بدن را در حالت نرمال نگه می‌دارند. با افزایش دانش درباره مکانیسم عملکرد میکروRNAها، می‌توانیم به درمان‌های مؤثرتر و شخصی‌سازی‌شده برای طیف وسیعی از بیماری‌ها، از جمله سرطان، بیماری‌های قلبی و اختلالات عصبی دست یابیم.
با این حال، هنوز مسیر طولانی‌ای تا بهره‌برداری کامل از پتانسیل میکروRNAها در پزشکی داریم. تحقیقات آینده در این حوزه نه تنها به درک بهتر بیماری‌ها کمک خواهد کرد، بلکه می‌تواند منجر به توسعه نسل جدیدی از داروها و روش‌های درمانی شود.
منبع :britannica,sciencedirect
نظرات کاربران