Umlčování genů jako antivirová obrana

I rostliny a bezobratlí živočichové mají své imunitní mechanizmy, jimiž se brání před vetřelci, i když zdaleka ne tak rafinované a komplikované jako obratlovci. Možná nejstarším a nejuniverzálnějším z nich je posttranskripční umlčování genů, které bylo objeveno teprve nedávno. Jak se na to přišlo?

Asi před deseti lety se rostlinní molekulární biologové snažili měnit odstíny petunií. Do bledě fialových květin vpravili další kopii genu pro vytváření fialového barviva, aby té barvičky bylo víc, ale místo vytoužených tmavě fialových květů dostali květy všelijak fialovo-bíle vzorované, nebo dokonce úplně bílé. Oba geny pro „výrobu fialové“ – jak původní, tak nově vložený – evidentně přestaly fungovat. Ještě podivnější bylo, že tyto barevné změny nebyly nijak stálé. Ze semen bílých petunií vyrůstaly nepředpověditelně bílé nebo fialové květiny. Po příčině nečekaných výsledků se však nikdo nepídil a celá příhoda byla považována za „rozmar petunií“.

O něco později však získala podobné výsledky i skupina vědců snažících se připravit rostliny tabáku imunní vůči jednomu viru. Transgenní tabák s vloženým virovým genem mnohem lépe odolával napadení stejným virem, z nějž vnesený gen pocházel. Podrobnější zkoumání ukázalo, že stejně jako u petunií došlo i po virové invazi k umlčení obou kopií genu (té dříve přítomné i té nově příchozí) v genomu viru. Když petunie přijdou o krásné temně fialové květy, trápí to leda šlechtitele, likvidace viru však může být životně důležitá pro samotnou rostlinu.

Dnes už je jisté, že se rostliny tímto způsobem doopravdy brání. Potvrdil to objev virových proteinů, které umlčování genů zabraňují, tedy virová protistrategie. Otázkou zůstává, proč by virové geny měly napodobovat geny hostitelovy. Kdyby to nedělaly, buňky by je okamžitě rozeznaly jako úplně cizí a nemilosrdně by je zlikvidovaly. I napodobujícím cizím genům se ale buňky dokážou bránit. Přijdou-li na podezřelou RNA, která se podobá jejich vlastní, zneškodní pro jistotu obě.

Mezitím se skupinka vědců pracující s hlístem Caenorhabditis elegans snažila jistou metodou vypnout některé jeho geny. Šlo o to vpravit do buňky tzv. antisense RNA (antimediátorovou), která se může spárovat a utvořit dvoušroubovici s komplementární mRNA (mediátorovou). Buňka takový pár neumí přeložit do konečného produktu, proteinu, a tak je gen, z nějž byla daná mRNA přepsána, umlčen. Při těchto pokusech se zjistilo, že je kupodivu mnohem účinnější vpravit do organizmu místo antisense RNA rovnou dvoušroubovici RNA (dsRNA). Přišlo se tím na způsob jak studovat funkci genu, který je užitečný hned ze dvou důvodů. Zaprvé dsRNA může putovat z buňky do buňky a postupně vypínat daný gen v celém organizmu. Na rozdíl od klasických knokautů, kdy je gen zlikvidován už v jednobuněčném zárodku, tak můžeme geny vypnout až v pozdějších fázích vývoje, a tím se vyhnout případným letalitám embryí (tj. úmrtím z genetických důvodů), které můžou zakrýt jemnější funkce studovaného genu. Zadruhé má mnoho genů své příbuzné, které jejich funkci v nouzi zastoupí. Pomocí dsRNA je ale možné vyřadit celou genovou rodinku, pokud mají její členové víceméně stejnou sekvenci.

Nedávno se zjistilo, že výše popsané jevy probíhají úplně stejným mechanizmem. Prvotním signálem je přítomnost nějaké nenormální RNA v buňce – tou může být dsRNA, zkrácená či jinak neúplná RNA nebo prostě RNA, které je víc, než by mělo. Všechno to může signalizovat, že virus zaútočil. Hostitel vyšle enzymy, které podezřelou RNA rozstříhají na malé, asi 25 nukleotidů dlouhé kousíčky. Ty jsou mnohokrát zmnoženy, aby se poplašný signál zesílil, a rozeslány do ostatních buněk hostitele. Tam se rozpadnou na jednotlivá vlákna, která se jako antisense RNA párují s komplementární RNA (ať virovou nebo svou vlastní), a tím umlčí geny, z nichž byla tato RNA přepsána.

Jde o jakési cílené mutace, při kterých se však na rozdíl od mutací klasických nemění sekvence nukleotidů, a tedy ani kvalita genu. Přeskakuje se jenom mezi stavy „zapnuto“ a „vypnuto“. A co víc, taková mutace se může rozšířit do celého organizmu a přecházet i do dalších generací. V tomhle novém světle by se nám nemusely zdát podivné ani některé Lysenkovy pokusy. (Nature 404, 804–808, 2000)