2024 წლის ნობელის პრემია ორ მეცნიერს, ვიქტორ ამბროსსა და გარი რუვკუნს, გადაეცა. მათ ფუნდამენტური პრინციპი აღმოაჩინეს, რომელიც გენების მუშაობას არეგულირებს.

წლევანდელ ნობელიანტებმა ნაშრომი გასული საუკუნის 90-იან წლებში გამოაქვეყნეს. მათ აინტერესებდათ, როგორ ვითარდება სხვადასხვა ტიპის უჯრედი და კვლევის პროცესში მიკრო-რნმ აღმოაჩინეს — რნმ მოლეკულების ახალი კლასი, რომელიც გენების რეგულაციაში გადამწყვეტ როლს თამაშობს. ამ პრინციპს მრავალუჯრედიანი ორგანიზმებისთვის, მათ შორის ადამიანებისთვის, სასიცოცხლო მნიშვნელობა აქვს. ახლა უკვე ცნობილია, რომ ადამიანის გენომში ათასზე მეტი მიკრო-რნმ გვხვდება.

ცნობისთვის, გენეტიკური ინფორმაცია დნმ-იდან ინფორმაციულ რნმ-ს (ი-რნმ) მიეწოდება ტრანსკრიფციის პროცესის მეშვეობით; ეს ინფორმაცია შემდეგ უჯრედულ მექანიზმებამდე აღწევს ცილების წარმოსაქმნელად. აქ ი-რნმ ითარგმნება, რათა ცილები დნმ-ში არსებული ინსტრუქციების მიხედვით შეიქმნას. ამ პროცესების მიმდინარეობა მე-20 საუკუნის რამდენიმე მნიშვნელოვანი აღმოჩენით აიხსნა.

რა მნიშვნელობა აქვს გენების აქტივობის რეგულაციას?

ჩვენს ქრომოსომებში არსებული ინფორმაცია შეგვიძლია ინსტრუქციას შევადაროთ, რომელიც სხეულის თითოეულ უჯრედს განკარგავს. ყველა უჯრედი ერთსა და იმავე ქრომოსომებს შეიცავს, ამიტომ მათში არსებული გენები და ინსტრუქციებიც იგივეა. ამის მიუხედავად, სხვადასხვა ტიპის უჯრედებს, იქნება ეს კუნთისა თუ ნერვული, მაინც ერთმანეთისგან განსხვავებული თვისებები და ფუნქციები აქვს, ანუ ისინი სხვადასხვანაირად მუშაობს. მაინც საიდან ჩნდება ეს განსხვავებები, თუ შიგნით არსებული გენები იგივეა?

ეს გენების რეგულაციით შეგვიძლია ავხსნათ. აღნიშნული პროცესი უჯრედებს საშუალებას აძლევს, სამოქმედოდ მხოლოდ რელევანტური ინსტრუქციები შეარჩიოს, ანუ თითოეული ტიპის უჯრედში კონკრეტული გენებია აქტიური და არა ყველა.

გენების აქტივობა გამუდმებით უნდა დარეგულირდეს, რათა უჯრედული ფუნქციები სხეულისა და გარემოს ცვალებად პირობებს კარგად მოერგოს. წინააღმდეგ შემთხვევაში, შესაძლოა, ჯანმრთელობის სხვადასხვა პრობლემა წარმოიშვას, იქნება ეს: სიმსივნე, დიაბეტი თუ ავტოიმუნური დაავადებები. ამის გამო გენების აქტივობის რეგულაციას ათწლეულების განმავლობაში იკვლევდნენ.

1960-იან წლებში დაადგინეს, რომ სპეციალური ცილები, სახელად ტრანსკრიფციის ფაქტორები, დნმ-ის კონკრეტულ რეგიონებს უკავშირდება და გენეტიკური ინფორმაციის მიწოდებას აკონტროლებს. ამას წარმოქმნილი საინფორმაციო რნმ-ების მეშვეობით ახერხებს. მას შემდეგ მეცნიერებმა ათასობით ასეთი ცილა აღმოაჩინეს.

დიდი ხნის განმავლობაში სჯეროდათ, რომ გენების რეგულაციის მთავარი პრინციპებიც გამჟღავნდა, თუმცა 1993 წელს ნობელის წლევანდელმა ლაურეატებმა უჩვეულო ნაშრომი გამოაქვეყნეს. კვლევაში ისინი გენების რეგულაციის ახალ დონეს აღწერდნენ, რომელიც სასიცოცხლოდ მნიშვნელოვანი აღმოჩნდა და მთელი ევოლუციის განმავლობაში შენარჩუნდა.

რა გააკეთეს წლევანდელმა ნობელიანტებმა?

1980-იანი წლების ბოლოს მკვლევრებმა ვიქტორ ამბროსმა და გარი რუვკუნმა ერთმილიმეტრიანი ორგანიზმი C. elegans შეისწავლეს. მათ აინტერესებდათ, რომელი გენები იყო ჩართული უჯრედების დროული განვითარების პროცესში.

ამბროსი და რუვკუნი აღნიშნული ორგანიზმის ორ მუტანტ ნაირსახეობაზე ფოკუსირდნენ, lin-4-სა და lin-14-ზე, რომლებშიც გენეტიკური პროგრამები ნორმალურად არ აქტიურდებოდა. მკვლევრების მუტირებული გენების პოვნა და მათი ფუნქციის ახსნა სურდათ. ამბროსს წარსულში დადგენილი ჰქონდა, რომ lin-4 გენი უარყოფითად არეგულირებდა lin-14 გენს თუმცა ვერ გაეგო, რა მექანიზმით ითრგუნებოდა lin-14-ის აქტივობა.

მოგვიანებით ამბროსმა lin-4 გენის ანალოგი შექმნა. შენიშნა, რომ იგი პატარა რნმ-ს წარმოქმნიდა, რომელსაც ცილების შესაქმნელად საჭირო ინსტრუქციები არ გააჩნდა. შედეგებმა აჩვენა, რომ სწორედ lin-4-ის ეს პატარა რნმ იყო პასუხისმგებელი lin-14-ის დათრგუნვაზე.

პარალელურად გარი რუვკუნმა lin-14 გენის რეგულაცია შეისწავლა. დაადგინა, რომ lin-4-ს lin-14-იდან ინფორმაციული რნმ-ის წარმოქმნა არ თრგუნავდა. რეგულირება გენების ექსპრესიის გვიან ფაზაზე ხდებოდა მაშინ, როცა ცილის წარმოქმნა წყდებოდა. ექსპერიმენტებით lin-14-ში ინფორმაციული რნმ-ის სეგმენტიც გამოავლინეს, რომელიც lin-4-ის მხრიდან მისი დათრგუნვისთვის იყო საჭირო. ორმა ნობელიანტმა თავიანთი მიგნებები ერთმანეთს შეადარა, შედეგად კი რევოლუციური აღმოჩენა მივიღეთ. lin-4-ის მოკლე თანამიმდევრობა lin-14-ის ი-რნმ-ის კრიტიკულ სეგმენტში კომპლემენტარულ თანამიმდევრობებს ემთხვეოდა.

ამბროსმა და რუვკუნმა კიდევ ჩაატარეს ექსპერიმენტები და დაადგინეს, რომ lin-4-ის მიკრო-რნმ lin-14-ს იმის შედეგად თრგუნავს, რომ მის ინფორმაციულ რნმ-ში არსებულ კომპლემენტარულ თანამიმდევრობებს უკავშირდება, ასე კი lin-14 ცილის წარმოქმნას უშლის ხელს. სწორედ ესაა გენების რეგულაციის ახალი პრინციპი, რომელსაც რნმ-ის იმ დრომდე უცნობი ტიპი, მიკრო-რნმ, არეგულირებს.

1993 წელს მეცნიერებმა ჟურნალში Cell კვლევის მიგნებები გამოაქვეყნეს, რომლებიც სამეცნიერო საზოგადოებისთვის უჩვეულო აღმოჩნდა. ფიქრობდნენ, რომ ადამიანებისა და კომპლექსური ორგანიზმებისთვის ეს პროცესი არარელევანტური იქნებოდა. ეს რწმენა გაბათილდა, როცა 2000 წელს რუვკუნმა კიდევ სხვა მიკრო-რნმ აღმოაჩინა, let-7, რომელიც მრავალ ცხოველში გვხვდება. დროთა განმავლობაში ასობით მიკრო-რნმ იპოვეს, დღეს კი მიიჩნევა, რომ ამ მოლეკულების მეშვეობით გენების რეგულაცია ყველა მრავალუჯრედიან ორგანიზმში გვხვდება.

მკვლევართა შრომის მნიშვნელობა

ამბორისისა და რუვკუნის მიერ გამოვლენილი მექანიზმი ასეულობით მილიონი წელია, რაც თავის საქმეს ასრულებს. მან არაერთი კომპლექსური ორგანიზმის განვითარებას დაუდო საფუძველი.

გენეტიკური კვლევებით დადგენილია, რომ მიკრო-რნმ-ების გარეშე უჯრედები და ქსოვილები ნორმალურად არ ვითარდება. მიკრო-რნმ-ის მხრიდან ანომალიურმა რეგულაციამ, შესაძლოა, სიმსივნე გამოიწვიოს; მუტაციები იმ გენებში, რომლებიც მიკრო-რნმ-ზეა პასუხისმგებელი, ადამიანებში ზოგჯერ სმენის თანდაყოლილ დაქვეითებას, ასევე თვალისა და ჩონჩხის პრობლემებს იწვევს. ცნობილია ისიც, რომ მუტაცია ერთ-ერთ ისეთ ცილაში, რომელიც მიკრო-რნმ-ის წარმოქმნისთვის არის საჭირო, DICER1 სინდრომს იწვევს — იშვიათ, თუმცა მძიმე სინდრომს, რომელიც რამდენიმე ორგანოსა და ქსოვილის სიმსივნეს უკავშირდება.

პატარა არსებაზე, C. elegans-ზე, გაკეთებული აღმოჩენა მოულოდნელი და უჩვეულო გამოდგა, თუმცა რევოლუციურიც — გენების რეგულირების ამ მექანიზმს ყველა კომპლექსური ორგანიზმისთვის გადამწყვეტი მნიშვნელობა აქვს. გასაკვირი სულაც არაა, რომ ამ მიგნების გამო მკვლევრებს ნობელის პრემია გადაეცათ.