Cząsteczki zwane dziś miRNA były przez dłuższy czas ignorowane. Naukowcy traktowali je jak fragmenty kwasów nukleinowych pochodzące z procesów degradacji. A potem nagle się okazało, że otwierają drzwi do nowej działki medycyny – mówi „Focusowi” prof. Wojciech Fendler z Uniwersytetu Medycznego w Łodzi i amerykańskiego Dana-Faber Cancer Institute. On sam, badając te niewielkie cząsteczki, doprowadził do odkrycia nowych metod diagnozy raka jajnika oraz oceny stopnia uszkodzenia szpiku kostnego w chorobie popromiennej. W przyszłości może to dać początek nowatorskim terapiom. Inni naukowcy widzą w miRNA nadzieję dla osób chorych na nowotwory prostaty, piersi czy jelita grubego, a także dla pacjentów zmagających się ze stwardnieniem rozsianym.
AKTORZY DRUGIEGO PLANU
Jednak gdy w roku 1993 zespół prof. Victora Ambrosa – wówczas pracującego na Uniwersytecie Harvarda – dostrzegł je jako pierwszy, nikt poza odkrywcami nie wróżył im wielkiej kariery. Wydawało się wtedy, że schemat działania komórek został już dobrze zrozumiany. Cała informacja o budowie i funkcjach organizmów miała być zapisana w DNA, czyli długich cząsteczkach kwasu deoksyrybonukleinowego, znajdujących się głównie w jądrze komórkowym. Dzieliła się ona na odcinki zwane genami. Gdy zapisana w nich informacja była potrzebna, zapis konkretnego genu był kopiowany na łańcuch RNA, czyli kwasu rybonukleinowego, który wkrótce potem opuszczał jądro komórkowe. Genetycy nazwali go matrycowym RNA, czyli mRNA.
Po opuszczeniu jądra stawał się on wzorcem do budowy konkretnej cząsteczki białka i to ono było finalnym produktem odczytu genu. Dalej, zależnie od swej budowy i funkcji, białko uczestniczyło w rozmaitych reakcjach lub stanowiło budulec komórek. Medycyna czekała już tylko na opis – litera po literze, cegiełka po cegiełce – całego ludzkiego DNA. Przypuszczano, że gdy poznamy wszystkie nasze geny, zacznie się era naprawiania tych, które są uszkodzone i leczenia w ten sposób rozmaitych chorób. Te przewidywania zachwiały się, gdy w 2000 r. opublikowano wstępny zapis ludzkiego DNA. Ku zaskoczeniu naukowców okazało się, że mamy bardzo mało genów. Zamiast spodziewanych 100 tys. doliczono się ledwie 20 tys. Zajmowały one raptem 2 proc. całego DNA. Pozostałe 98 proc. służyło nie wiadomo czemu. Zwano je „niekodującym” bądź nawet „śmieciowym” DNA.
Dokładniejsze badania wykazały, że to niesprawiedliwe nazwy. Większość ludzkiego DNA nie kodowała białek, ale też nie była śmieciem. Tkwiły w niej „przepisy” na rozmaite cząsteczki RNA o nieznanej funkcji. Dużą ich część stanowiły te najkrótsze, zwane mikroRNA albo miRNA. Złożone one były średnio z ledwie 22 cegiełek. Dla porównania najmniejsze ludzkie geny mają wielkość kilkuset cegiełek, a największe – ponad dwa miliony. Wkrótce naukowcy odkryli, że miRNA są aktywną grupą cząsteczek. – Podstawową ich funkcją jest wiązanie się ze specyficznymi dla danych cząsteczek miRNA fragmentami mRNA kodującym białka. W ten sposób te małe cząsteczki blokują syntezę białek. Gdy więc jest dużo miRNA, powstaje mniej białek – wyjaśnia prof. Wojciech Fendler.
Gdy podsumowano działanie tych niewielkich cząsteczek, okazało się, że – jak piszą autorzy „Biologii Campbella” – „ekspresja przynajmniej połowy ze wszystkich ludzkich genów może podlegać regulacji przez cząsteczki miRNA”. I choć ich role nie są pierwszoplanowe, to bez nich ludzkie ciało nie jest w stanie
funkcjonować.
NA RAKA
Do tego miRNA miały właściwości bardzo pożądane przez medycynę. – Okazało się, że są to cząsteczki bardzo stabilne, obecne w surowicy krwi w dużych ilościach i łatwo tam wykrywalne. Nie trzeba się z nimi „pieścić”, utrzymywać ich w jakichś superwarunkach. Po prostu pobiera się krew i rzetelnie mierzy liczbę cząsteczek poszczególnych miRNA. I to nawet w próbkach, które nie były idealnie przechowywane – tłumaczy prof. Fendler. Jako pierwszy w onkologii postanowił to wykorzystać zespół prof. Muneesha Tewariego z amerykańskiego Fred Hutchinson Cancer Research Center. W 2008 r. uczeni ogłosili, że badając miRNA we krwi, bez trudu można odróżnić zdrowe myszy od tych, którym przeszczepiono komórki ludzkiego raka prostaty. Gdy to się udało, badacze sprawdzali obecność jednego rodzaju miRNA u osób chorych i zdrowych. Również w tym wypadku analiza krwi wyraźnie wskazywała, czy dany pacjent ma raka prostaty, czy nie. – Od tej pracy się zaczęło całe pole badań miRNA w surowicy – mówi prof. Fendler.
Szczególnie ważne było to w onkologii, gdzie wczesne wykrycie raka, jeszcze zanim pojawią się przerzuty, znacznie zwiększa szanse na wyleczenie chorego. Zespół dr. Dipanjana Chowdhury’ego z Dana-Faber Cancer Instutite, w którego skład wchodzi również prof. Fendler, postanowił więc zbadać, czy miRNA sprawdzi się w diagnostyce raka jajnika. – Ta choroba rokuje fatalnie, gdy się ją wykryje późno. Szanse przeżycia pięciu lat od postawienia diagnozy są wtedy rzędu 25–30 proc. Natomiast jeśli raka jajnika rozpozna się we wczesnej fazie, to rokowania są o kilkadziesiąt procent lepsze – wyjaśnia polski uczony.
Problem polega jednak na tym, że ta choroba początkowo nie daje objawów: nic nie boli, nie ma krwawień, aż do momentu, gdy przejdzie w stadium zaawansowane. Medycyna bardzo potrzebuje więc testu, który pozwoliłby na diagnozowanie raka jajnika w początkowych etapach rozwoju. Amerykańsko-polski zespół pobrał krew od kilkuset kobiet – zarówno zdrowych, jak i chorych na raka jajnika w różnym stopniu zaawansowania. Za pomocą programu komputerowego wykorzystującego sztuczne sieci neuronowe i techniki data mining uczeni analizowali potem zawartość i wzajemne proporcje rozmaitych odmian miRNA. Tak udało się wyodrębnić zestaw siedmiu takich cząsteczek, które wskazują na wysokie ryzyko choroby. Testy wykazały, że w ten sposób
można wykrywać nawet najmniejsze guzy, co zostało potwierdzone w grupie pacjentek z Łodzi.
Jest też szansa, że miRNA może doprowadzić do przełomu w terapiach onkologicznych. Wskazują na to badania zespołu prof. Raghu Kalluriego z MD Anderson Cancer Center w USA opublikowane w 2014 r. w “Cancer Cell”. Uczeni wykazali, że komórki raka piersi rozsyłają po ciele niewielkie pęcherzyki zwane egzosomami, stanowiące formę komunikacji międzykomórkowej. Jeśli te struktury wymiesza się ze zdrowymi komórkami, mogą z nich powstawać guzy nowotworowe. Dokładniejsza analiza wykazała, że odpowiedzialne są za to właśnie cząsteczki miRNA ukryte w owych pęcherzykach. A jeśli je się zablokuje, zahamowuje się wzrost guza. Środki blokujące takie miRNA mogą więc stać się podstawą nowoczesnych terapii przeciwnowotworowych.
NA CHOROBĘ POPROMIENNĄ
Podobne nadzieje prof. Fendler wiąże z leczeniem choroby popromiennej. Jego prace w tej dziedzinie też zaczęły się od poszukiwania lepszej diagnostyki. – W sytuacji narażenia na bardzo wysokie promieniowanie może się wydarzyć kilka rzeczy – mówi uczony. – Jeżeli jednorazowa dawka, jaką otrzyma jedna osoba, przekroczy 15 grejów, to zostanie u niej nieodwracalnie uszkodzony układ nerwowy i zgon następuje bardzo szybko. Natomiast przy dawkach nieco niższych dochodzi do uszkodzenia szpiku kostnego – odwracalnego lub nie. Jeśli uszkodzenie jest nieodwracalne, pacjent pozbawiony pomocy medycznej
umrze po kilku tygodniach w wyniku utraty płytek krwi i komórek układu odpornościowego. Natomiast jeśli mu się szybko przeszczepi szpik kostny, ma szansę na przeżycie.
Z kolei przy jeszcze trochę niższych dawkach promieniowania u pacjenta pojawią się objawy choroby popromiennej, ale z czasem jego organizm sam się zregeneruje – opowiada prof. Fendler. Decyzję, komu przeszczepiać szpik, a komu nie, trzeba podjąć w ciągu pierwszych 24 godzin od narażenia na promieniowanie. A dotychczas medycyna nie miała narzędzi, by dobrze określić ryzyko choroby u konkretnej osoby. W pierwszej pracy, opublikowanej
w 2015 r. w „Science Translational Medicine”, badaczom udało się znaleźć konkretne rodzaje miRNA, których ilość zmieniała się tuż po kontakcie z silnym promieniowaniem. Mierząc ich zawartość, dało się przewidzieć, która mysz dostała dawkę śmiertelną, a która przeżyje.
Dwa lata później, w tym samym czasopiśmie prof. Fendler, prof. Chowdhury i ich pięciu współpracowników opublikowali bardzo podobne wyniki uzyskane na makakach. Różnice między małpami i myszami były niewielkie. – Jest pula miRNA, która tak samo zachowuje się w obu grupach zwierząt. To oznacza, że istnieje mechanizm, który powiela się u zupełnie różnych gatunków o zupełnie różnej masie ciała. A skoro widać go u zwierząt tak odległych ewolucyjnie jak mysz i makak, to tym bardziej powinien być zachowany także u człowieka. Próbuję to więc sprawdzić na ludziach, ale mam trudności z uzyskaniem próbek od pacjentów narażonych na wysokie dawki promieniowania – wyjaśnia prof. Fendler.
Jeśli wyniki badań potwierdzą się u ludzi, będzie to szansa na opracowanie nie tylko testu diagnostycznego, ale też terapii. Przywracanie właściwego poziomu miRNA może być sposobem na uchronienie szpiku kostnego u osób napromieniowanych przed uszkodzeniem. – Taki projekt mamy złożony, ale na ile to będzie wykonalne, jeszcze się okaże – mówi prof. Fendler.
NA STWARDNIENIE ROZSIANE I ZAPALENIE WĄTROBY
Na pomysł wykorzystania miRNA wpadł też prof. Krzysztof Selmaj z Uniwersytetu Medycznego w Łodzi. Od lat zajmuje się on badaniem stwardnienia rozsianego (SM). W tej chorobie też ważne jest jak najszybsze postawienie diagnozy. Im bowiem wcześniej rozpocznie się terapię, tym większe szanse dla
pacjenta na zachowanie sprawności fizycznej i umysłowej. Tymczasem dostępne dziś metody diagnostyki nie są wystarczająco dobre. Prof. Selmaj i jego współpracownicy pobrali krew od 101 chorych na SM i 51 osób zdrowych. Dzięki nowoczesnym technologiom udało im się zbadać wszystkie miRNA z egzosomów (wspomnianych już pęcherzyków, które przenoszą informacje z jednej komórki do drugiej). Po czasochłonnej analizie wyłonił się wyraźny wzór. U chorych na SM cztery rodzaje miRNA występowały w znacznie mniejszych ilościach niż u zdrowych. Jeśli ich badanie sprawdzi się w diagnostyce, to w przyszłości będzie też można wykorzystać to w terapii. Naukowcy zakładają, że podniesienie zawartości tych miRNA do poziomu fizjologicznego może zahamować proces chorobowy.
Już kilka terapii opartych na miRNA weszło w fazę badań klinicznych i ma szansę niedługo pojawić się na rynku. Są wśród nich leki przeciwko nowotworom, w tym rakowi jelita grubego, a także przeciw chorobom serca. Najbliżej finału znajduje się miravirsen, który ma leczyć przewlekłe infekcje wirusem zapalenia wątroby typu C (HCV). Ten mikrob w celu namnożenia się przejmuje bowiem kontrolę nad jednym typem miRNA produkowanym przez komórki wątroby. Blokada tej cząsteczki pozbawia wirusa możliwości replikacji i pozwala na jego zniszczenie. Jeśli miravirsen wejdzie na rynek, będzie zwiastunem nowej generacji leków opartych miRNA. Kariera tych niewielkich cząsteczek dopiero nabiera rozpędu