On the genetic equivalent of postal targeting - and on the decisive differences between linear and circular molecules
They say life doesn't come with an instruction book, but that's not quite accurate. Every cell in our body operates on the basis of instructions that come from its DNA in the form of RNA molecules. These molecules have recently come into the spotlight, as they form the basis of innovative corona vaccines, but much information about them - for example, how they reach their intended location in the cell - is still missing. BNew research, גילו מדעני מכון ויצמן למדע מקבילה גנטית לשיטת "מיקוד הדואר" אשר מבטיחה כי כל מולקולת אר-אן-אי תגיע למקום הנכון, בזמן הנכון.
לאחר שמולקולות אר-אן-אי נוצרות בגרעין התא, מקום משכנו של הדי-אן-אי, חלקן נשארות שם כדי לווסת את ביטוי הגנים, אך רובן – ובמיוחד אלה הנושאות את המתכונים לבניית חלבונים – אמורות לצאת מהגרעין אל נוזל התא – החלל שבו מיוצרים החלבונים. במחקרים קודמים נתקבלו תוצאות סותרות לגבי דרכי ההגעה של האר-אן-אי ליעדם. על-פי סברה אחת, נקבע מסלולן של מולקולות האר-אן-אי על-פי מידע המקודד בקצותיהן; ואולם חלק ממולקולות האר-אן-אי הינן מעגליות ולא קוויות, כלומר אין להן קצוות כלל. מדענים אחרים דווקא מצאו רמזים לכך שמולקולות אר-אן-אי מכילות מקטעי "מיקוד" אשר קובעים באיזו שכונה עליהן לשהות, אך במקביל היו מחקרים שבהם התגלו מקטעי מיקוד שונים בתכלית, וממילא לא היה ברור כיצד מקטעים אלה פועלים.
תלמידת המחקר מאיה רון ופרופ' Igor Olitsky מהמחלקה לאימונולוגיה ורגנרציה ביולוגית בחנו את השערת מקטעי המיקוד באמצעות שיטה הקרויה massively parallel RNA assay, שבחלקה פותחה במעבדתו של פרופ' אוליצקי. השיטה מאפשרת לחקור בו-זמנית אלפי מולקולות אר-אן-אי שונות, כך שהתוצאות מתקבלות בתוך ימים, במקום בתוך שנים – משך הזמן שהיה לוקח לחקור כל מולקולה כזאת בנפרד. המדענים ניצלו את השיטה כדי להחדיר אלפי מקטעי אר-אן-אי למולקולות אר-אן-אי "מארחות" – קוויות או מעגליות – ולהכניס עותקים של האר-אן-אי המהונדס למיליוני תאים.
רון ופרופ' אוליצקי בחנו כך כ-8,000 מקטעים גנטיים ומצאו כי כמה עשרות מהם אכן שימשו כמעין מיקוד דואר. מולקולות האר-אן-אי מצאו את מיקומן בתא על פי המיקוד – חלקן נשארו בגרעין, חלקן חצו מיד לנוזל התא, בעוד אחרות התעכבו זמן מה בגרעין. המדענים זיהו גם כמה חלבונים שתיפקדו כפקידי דואר הממיינים את האר-אן-אי: תפקידם היה "לקרוא" את המיקוד ולשלח את האר-אן-אי ליעדם בהתאם.
Surprisingly, the scientists identified a clear division in the targeting method used in the cell between the linear and the circular molecules. First, the same targeting segment could send a linear or circular molecule to different locations. Second, two types of postal clerks were discovered - those engaged in linear RNA sorting and others specializing in circular RNA sorting. Each of the types of officials produced a different type of instructions accordingly. For example, one postman - a protein called IGF2BP1 - binds mainly to linear molecules and promotes their exit from the nucleus, while another protein, called SRSF1, specializes in the instructions that told circular molecules to stay in the nucleus. When the scientists blocked the activity of the officials, each in turn, the RNA sorted by that official did not reach its destination.
ממצאים אלה שופכים אור חדש על תפקודו של הגנום והם עשויים אף להועיל בפיתוח טיפולים מבוססי אר-אן-אי. "חברות רבות מפתחות כיום תרופות או חיסונים על בסיס מולקולות אר-אן-אי", מסביר פרופ' אוליצקי. "ההבנה כיצד הן מגיעות ליעדן בתא עשויה לעזור להנדס אר-אן-אי מלאכותי בעל תכונות רצויות. למשל, אם אנחנו רוצים שתרופה על בסיס אר-אן-אי תייצר כמויות גדולות של חלבון מסוים, כדאי לגרום למולקולה זו לשהות פחות זמן בגרעין ויותר זמן בנוזל התא – המקום שבו מיוצרים החלבונים".
הממצאים עשויים להיות בעלי ערך רב במיוחד בכל הנוגע למולקולות אר-אן-אי מעגליות, שצוברות עניין מחקרי רב בשנים האחרונות, אך יש עליהן פחות מידע בהשוואה למולקולות הקוויות. אומרת רון: "אמנם בטבע יש שיעור קטן של אר-אן-אי מעגלי, אך מולקולות אלה הן יציבות יותר מאשר עמיתותיהן הקוויות, ולכן משתמשים בהן יותר ויותר בפיתוח תרופות".
