RNAi – כי רנ"א הוא יותר מסתם שליח

הסרטון שלפנינו סוקר את מנגנון הרנ"א המפריע (RNA interference - RNAi), שהוא אחת התגליות החשובות ביותר בביולוגיה של התא בעשרים השנים האחרונות. עד לגילויו נהגו לחשוב שתפקידו העיקרי של הרנ"א בתא הוא בתור רנ"א שליח: שלב ביניים בין הגן המקודד בגנום לבין תרגומו לחלבון. גילוי מנגנון ה-RNAi הראה שיש לרנ"א גם תפקידים בקרתיים חשובים בתא, והוא יכול להשפיע על רמת הביטוי של גנים בכל שהוא חותך רנ"א שליח ספציפי, או מונע את תרגומו לחלבון.

תחילה התגלו מנגנוני RNAi בתולעת C.elegans ובצמחים, אולם כיום ידוע שהם קיימים באורגניזמים רבים ומגוונים, החל בשמר החד-תאי וכלה ליצורים מורכבים כמו יונקים, ובהם בני האדם. מחקרים נוספים הראו שמערכת ה-RNAi ממלאת תפקיד גם בהגנה מפני וירוסים בצמחים ובזבובים, על ידי כך שהיא מפרקת את הרנ"א הנגיפי. כיום נבחנות האפשרויות לנצל את מנגנון ה-RNAi ברפואה, למשל על ידי החדרת מולקולות רנ"א מפריע שמסוגלות להשתיק גנים שפעילים בגידולים סרטניים.

הסרטון מתאר את מנגנון ה-RNAi, ואיך מיוצרות בתא מולקולות הרנ"א המפריע (מיקרו-רנ"א ו-siRNA). כמו כן מוסבר כיצד פעילות ה- RNAi מוגברת בצמחים, בתולעים וביצורים אחרים על ידי יצירת מולקולות רנ"א-מפריע נוספות.

הסרטון הופק בידי חברת Arkitek. תורגם בידי צוות דוידסון אונליין
We would like to thank Beth Anderson for all of her help

מנגנון ה-RNAi, כאמור, מבקר את הביטוי של גנים על ידי חיתוך הרנ"א-שליח או עיכוב תרגומו לחלבון. המנגנון שלו מורכב משני חלקים מרכזיים. הראשון הוא מולקולות רנ"א מפריע קצרות, שמשלימות את הרצף של הרנ"א השליח וכך מכוונות את הפעילות שמעכבת את ביטויו באופן ספציפי. אלו הן מולקולות רנ"א קצרות במיוחד, של כעשרים בסיסים בלבד לעומת יותר מאלף בסיסים שיכולים להיות לרנ"א שליח. החלק השני הוא קומפלקס החלבונים RISC (ראשי תיבות של RNA Induced Silencing Complex), שהחלבונים המרכיבים אותו הם אלה שמבצעים את פעילות החיתוך של הרנ"א השליח או עיכוב התרגום שלו

קיימים שני סוגים עיקריים של מולקולות רנ"א קצרות בעלות תפקוד דומה, אך הן נבדלות זה מזו בעיקר במוצאן השונה. הראשון הוא small interfering RNA – siRNA – נוצר מרנ"א דו-גדילי ארוך שמקורו בין השאר ברצפים חוזרניים בגנום. מולקולות כאלה כוללות גם מולקולות שמוחדרות לתא מבחוץ, באמצעים מלאכותיים או בתהליך טבעי לאחר שנוצרו בתא סמוך (למשל בצמחים).

הסוג השני הוא מולקולות מיקרו-רנ"א, שמקורן ברצפים שבין גנים שמקודדים לחלבון, או ברצפים של אינטרונים בתוך הגנים. הם נבדלים בתצורת "סיכת השיער" שבה הם מתקפלים לאחר שעתוקם, כפי שאפשר לראות בתרשים למטה. המולקולות הללו מבשילות למולקולות מיקרו-רנ"א בוגרות בתהליך שבו הן נחתכות בידי שני אנזימים שונים, כשהשלב הראשון מתרחש בגרעין והשני בנוזל התוך תאי. בסיום התהליך מתקבלת מולקולת רנ"א דו-גדילית של כעשרים בסיסים, כך שאחד הגדילים מגויס לקומפלקס ה-RISC. אותו גיוס רואים גם במולקולות siRNA.

תצורת סיכת שיער של מולקולת מיקרו RNA במהלך הבשלתה

אצל יונקים, ובכל זה בני האדם, התצורה השלטת היא של מיקרו-רנ"א. ההתאמה בין מולקולת המיקרו-רנ"א לרנ"א השליח שאותו הוא מבקר אינה מלאה, דבר שמונע את חיתוכו של הרנ"א השליח במרכז רצף ההכרה. ההכרה, במקרה כזה, מתבצעת בין בסיסים 8-2 של מולקולת המיקרו-רנ"א (תיתכן הכרה נרחבת יותר) לבין בסיסים משלימים ברצף הרנ"א השליח, ובקרתו מתרחשת באמצעות עיכוב התרגום של הרנ"א השליח או ע"י זירוז פירוקו שלא ע"י חיתוך.

נכון להיום לא ברור באופן מושלם איך מתרחשים תהליכי העיכוב והפירוק האלה. בניגוד לכך, הבקרה על ידי מולקולות מיקרו רנ"א בצמחים ועל ידי siRNA מתרחשת באמצעות חיתוך הרנ"א השליח במרכז רצף ההכרה של המולקולה, בין בסיסים 10 ו-11 של מולקולת המיקרו-רנ"א או ה-siRNA).

תהליך היצירה של מולקולות מיקרו-רנ"א בוגרת | תרשים: מעובד מוויקיפדיה

עד כה דנו במנגנון שבו נוצרות מולקולות רנ"א מפריעות קצרות ובדרך שבה הן מעכבות ביטוי גנים. אולם מהו תפקידן הפיזיולוגי ועד כמה הן חשובות להתפתחותנו?

בתאי הגוף האנושי מוכרות יותר מ-400 מולקולות שונות של מיקרו-רנ"א. מחקרים חישוביים מראים שהן מבקרות כשליש(!) מכלל הגנים, משום שכל סוג של מיקרו-רנ"א יכול לבקר מספר רב של גנים, בשל רצף ההכרה הקצר שנדרש לו כדי להיקשר לרנ"א שליח (החל משישה בסיסים). בעוד שמולקולות siRNA יכולות להשתיק כמעט לגמרי ביטוי גן בשל חיתוך הרנ"א השליח שלו, הבקרה ע"י מולקולות מיקרו-רנ"א ביונקים, שיש להם הכרה קצרה יחסית עם הרנ"א השליח, מתונה יותר ויכולה להסתכם בעיכוב הביטוי של עד 60 אחוז ובמקרים רבים למטה מכך.

עם זאת, מאחר שמיקרו-רנ"א מסוג אחד יכול לבקר עשרות גנים או יותר, ההשפעה שלו רחבת היקף, וכמו כן רנ"א שליח אחד יכול להיות מבוקר על ידי כמה מיקרו-רנ"אים שונים או זהים. הבקרה הזאת ביונקים מתרחשת במרבית הרקמות וברוב סוגי התאים. חשיבותה של המערכת גדולה עד כדי גך שעובר של עכבר שחסרה לו יכולת בקרה על ידי מיקרו-רנ"א אינו יכול להתפתח כראוי ומת בטרם לידתו.

השפעתם של המיקרו-רנ"א נחקרה בתחומים רבים והתגלתה חשיבותם גם בתהליכים הקשורים במחזור חלוקת התא, מטבוליזם, מוות תאי מבוקר (אפופטוזיס) ובתחומים רבים נוספים. המיקרו-רנ"א משפיע גם על היווצרותם של גידולים סרטניים. בסוגי גידולים שונים נצפות רמות ביטוי שונות מהנורמה של מיקרו-רנ"א מסוימים, כך שגנים שמחוללים גידולים מבוטאים ביתר שאת בשל רמה נמוכה של מיקרו-רנ"א ספציפי, או שגנים שקשורים לבלימת היווצרותם של גידולים מבוטאים בחסר בשל רמות גבוהות מהרגיל של מיקרו-רנ"א ספציפי.

כיום קיימים כלים חדשניים שמאפשרים לזהות את סוג הגידול הסרטני על פי הפרופיל החריג של ביטוי מולקולות מיקרו-רנ"א. יש גם ניסיונות להשתמש במולקולות siRNA מלאכותיות כדי לטפל במחלות שונות, ביניהן גידולים סרטניים, אולם על כך נדבר בהזדמנות אחרת.

חגי כספי
המחלקה לכימיה ביולוגית
מכון ויצמן למדע

הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בתגובה לכתבה זו ואנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה יתקבלו תמיד בברכה.