Je známo, že třída genů zvaná microRNA brání genové expresi. V nedávné studii by vědci mohli ukázat, že down-regulace genů prostřednictvím mikroRNA může neočekávaným způsobem určit jedinečné vlastnosti konkrétních buněk. Toto zjištění bylo nyní oznámeno v časopise Genes & Development.
"Vyrazili jsme ze zvědavého pozorování červa C. elegans," vysvětluje Luisa Cochella. "Všimli jsme si, že gen mir-791 byl exprimován specificky v neuronech, o kterých jsme věděli, že jsou zodpovědné za detekci oxidu uhličitého."Malý červ je běžný modelový organismus, protože jeho anatomie a buněčné funkce jsou velmi dobře známé a lze je snadno pozorovat pod mikroskopem. Když červi detekují oxid uhličitý, začnou se pohybovat charakteristickým způsobem, což vědcům poskytuje snadný nástroj. nepřímo „sledovat“molekulární procesy pozorováním chování červů.
Když vědci odstranili mir-791 z červů, zvířata měla problém reagovat na oxid uhličitý. Normálně mir-791 brání expresi dvou genů výhradně v neuronech, které detekují oxid uhličitý, zatímco tyto dva geny jsou exprimovány v podstatě ve všech ostatních buňkách červa. Když tento represivní mechanismus selže, neurony snímající oxid uhličitý nefungují správně a zvířata nemohou adekvátně reagovat na environmentální podnět, který by v jeho přirozeném prostředí mohl určit, zda červ žije nebo zemře. Otázka, jak se určuje identita buněk v průběhu jejich vývoje, však daleko přesahuje háďátka – jde o zásadní otázku v biologii.
Buňky, které tvoří naše těla, patří ke stovkám různých typů buněk, které jsou formovány kombinací genů, které vyjadřují. Například hemoglobin je produkován v červených krvinkách, kde je nezbytný pro transport kyslíku, zatímco neurotransmiterové receptory jsou vytvářeny v neuronech, kde umožňují těmto buňkám vzájemnou komunikaci. Na druhé straně je řada genů, které jsou vyžadovány pro běžnější funkce buněk, exprimována většinou, ne-li všemi buňkami. Říká se jim všudypřítomné geny.
Ve vzácných případech nejsou všudypřítomné geny exprimovány v konkrétním buněčném typu, kde jsou snížené hladiny těchto genů nezbytné pro správnou funkci tohoto konkrétního buněčného typu. Jedinečné vlastnosti buňky tedy mohou být specifikovány nejen geny, které exprimuje, ale také geny, kterým brání v expresi. Mechanismy, které jsou základem vysoce specifické represe genů v některých buňkách, však zůstaly záhadné, a proto je tato studie důležitá.
To, co bylo charakterizováno jako vývojový mechanismus, mohlo být relevantní i pro evoluci. Reakce různých zvířat na oxid uhličitý se velmi liší – některé jej přitahuje, protože je spojen se zdroji potravy, jiní před ním prchají, protože v prostředí s malým množstvím kyslíku je oxidu uhličitého často hodně. "Vzhledem k tomu má naše práce další implikaci, že mikroRNA mohou být dobrými kandidáty na to, aby dali druhům nové nástroje pro přizpůsobení se různým prostředím," říká Cochella, který poukazuje na známý fakt, že mikroRNA se vyvíjejí rychleji než větší geny kódující proteiny.
IMP s 15 skupinami zaměřujícími se na rozmanitost základních výzkumných otázek poskytl Cochelle a jejímu týmu dokonalé místo k provedení této studie. Spolupráce se spoluautorem Manuelem Zimmerem, který již dlouho zavedl způsoby, jak kvantitativně měřit behaviorální reakce u C. elegans, byla pro tento projekt zásadní.
Tato studie navíc poskytuje vhled do pochopení funkcí mikroRNA."U C. elegans je mezi 150 a 200 miRNA, ale známe funkce pouze asi 25 z nich," říká Cochella. To neplatí pouze pro červa, podobně nízký podíl miRNA byl charakterizován ze stovek nalezených u lidí, i když jako celek jsou miRNA nezbytné pro vývoj a funkci zvířat. Tato studie naznačuje, proč bylo obtížné odhalit funkce miRNA: mnoho miRNA může být exprimováno pouze v omezených typech buněk a nalezení jejich funkcí může vyžadovat metody stejně přesné jako ty, které se používají u červa, aby bylo možné přesně vědět, které a jak jsou buňky ovlivněny.
