چرا دو دانشمند آمریکایی نوبل گرفتند؟

به گزارش همشهری آنلاین آمبروس و روکون که اکنون با جایزه نوبل پزشکی یا فیزیولوژی ۲۰۲۴ شناخته‌شده‌اند، در واقع نوع جدیدی از ماده ژنتیکی را شناسایی کردند که شیوه درک پژوهشگران از تنظیم ژن‌ها را تغییر داد.

آراِن‌اِی (RNA) نیز مانند دی‌اِن‌اِی (DNA)، شکلی از ماده ژنتیکی است که از نوکلئوتیدهای منفرد متصل به یک زنجیره ساخته شده‌اند.

شکستن جزم زیست‌شناسی مولکولی

عقیده محوری در زیست‌شناسی مولکولی برای سال‌ها این بوده است که اطلاعات ژنتیکی همیشه در یک جهت جریان دارند: دی‌اِن‌اِی به شکل آراِن‌اِی رونویسی یا نسخه‌برداری (transcription) می‌شود و در مرحله بعد آراِن‌اِی به پروتئین ترجمه می‌شود. اما در انحرافی عمده از این جزم محوری، برخی از مولکول‌های آراِن‌اِی هرگز به پروتئین ترجمه نمی‌شوند یا به‌عبارت‌دیگر این مولکول‌ها هیچ پروتئینی را رمزبندی نمی‌کنند.

«ریز آراِن‌اِی» یکی از این آراِن‌اِی‌های به اصطلاح غیر رمزبندی‌کننده است. آن‌ها امتداد کوتاهی از مواد ژنتیکی هستند که به جای رمزبندی برای یک پروتئین خاص، خودشان آراِن‌اِی‌های رمزبندی‌کننده پروتئین‌ها را کنترل می‌کنند.در واقع ریز آراِن‌اِی‌های ژن‌های خاصی را «روشن و خاموش می‌کنند».

پژوهش‌ها درباره آراِن‌ای نسبت به پژوهش‌ها درباره سایر ماکرومولکول‌ها یا مولکول‌های بزرگ زیستی مانند دی‌اِن‌اِی و پروتئین عقب مانده است. اهدای جایزه نوبل (۲۰۲۴) به ریزآران‌ای نشان‌دهنده اهمیت آن‌ها در زیست‌شناسی و نویدبخش بودن استفاده درمانی بالقوه آنها برای بیماری‌های گوناگون از جمله سرطان است.

تنظیم‌کننده اصلی ژن‌های ما

دانشمندان ریزآراِن‌اِی‌ها را به دلیل توانایی آنها در اتصال به بسیاری از ‌آراِن‌اِی‌های رمزبندی‌کننده پروتئین و تغییر دادن بیان آنها (یعنی میزان ساخته شدن پروتئین‌ها از روی دستورهای ژنتیکی موجود در آنها) عامل اصلی تنظیم‌کننده ژنوم (عنوان تنظیم کننده اصلی ژنوم یعنی مجموعه ژن‌های ما)‌ می‌دانند.

در واقع، یک ریزآراِن‌اِی‌ها واحد می‌تواند بین ۱۰ تا ۱۰۰ آراِن‌اِی‌ رمزبندی‌کننده پروتئین را تنظیم کند. این ریزآراِن‌اِی‌ها می‌توانند با اتصل به آراِن‌اِی‌های رمزبندی‌کننده پروتئین به اصطلاح «ژن‌ها را خاموش کنند» و به عبارت دیگر می‌توانند مانع ترجمه دی‌اِن‌ای به پروتئین شوند.

دلیل اینکه ریزآراِن‌اِی‌ها می توانند چنین مجموعه متنوعی از آراِن‌اِی‌ها را تنظیم کنند، ناشی از توانایی آنها برای اتصال به آراِن‌اِی‌های هدفی است که کاملاً با آنها مطابقت ندارند، به عبارت دیگر یک ریزآراِن‌اِی‌ها واحد اغلب می‌تواند مجموعه‌ای از اهداف را تنظیم کند که همگی در فرآیندهای مشابه در سلول درگیر هستند و منجر به افزایش پاسخ می‌شوند.

نقش ریزآراِن‌اِی‌ها در ایجاد بیماری‌ها

از آنجایی که یک ریزآراِن‌اِی‌ منفرد می‌تواند چندین ژن را تنظیم کند، بسیاری از ریزآراِن‌اِی‌ها در صورت ناکارآمدی می‌توانند در ایجاد بیماری‌ها نقش داشته باشند.

پژوهشگران در سال ۲۰۰۲ برای اولین بار نقش ریزآراِن‌اِی‌های ناکارآمد در بیماری را از طریق بیماران مبتلا به نوعی سرطان خون و مغز استخوان به نام «لوسمی لنفوسیتی مزمن» شناسایی کردند. این سرطان ناشی از از دست دادن ریزآراِن‌اِی‌ است که معمولاً در مهار کردن رشد سلول‌های سرطانی نقش دارند. دانشمندان از آن هنگام بیش از ۲۰۰۰ ریزآراِن‌اِی را در افراد شناسایی کرده‌اند که تغییرات آنها در ایجاد بسیاری از بیماری‌ها نقش دارند.

این زمینه شناخت نسبتا دقیقی از چگونگی نقش اختلال عملکرد ریزآراِن‌اِی‌ها در ایجاد بیماری‌ها به دست داده است. تغییر یک ریزآراِن‌اِی‌ می تواند چندین ژن دیگر را تغییر دهد و این امر به نوبه خود به تغییرات زیاد دیگری می‌انجامد که در مجموع می‌تواند فیزیولوژی سلول را تغییر دهند.

چطور ریزآراِن‌اِی در ایجاد سرطان نقش دارد

توجه داشته باشیذ که در بیش از نیمی از سرطان‌ها به طور قابل‌توجهی فعالیت یک ریزآراِن‌اِی به نام miR-۳۴a کاهش یافته است. از آنجایی که miR-۳۴a بسیاری از ژن‌های دخیل در جلوگیری از رشد و مهاجرت سلول‌های سرطانی را تنظیم می‌کند، از دست دادن miR-۳۴a می تواند خطر ابتلا به سرطان را افزایش دهد.

پژوهشگران به دنبال استفاده از ریزآراِن‌اِی‌ها برای درمان سرطان، بیماری‌های قلبی، بیماری‌های عصب‌شناختی یا نورولوژیک و غیره هستند. اما با اینکه نتایج کاربرد آزمایشگاهی ریزآراِن‌اِی‌ها نتایج آزمایشگاهی امیدوارکننده بوده است، گام نهایی یعنی استفاده بالینی از درمان‌های بر اساس ریزآراِن‌اِی‌ها با چالش‌های متعددی روبرو شده است.

بسیاری از این چالش‌ها مربوط به تحویل ناکارآمد ریزآراِن‌اِی‌ها به درون سلول های هدف و پایداری ضعیف این ترکیب‌ها است که اثربخشی آنها را محد