РНК „Messenger“: Как клетките „комуникират“ помежду си и какво означава това за еволюцията

РНК, известна като основно средство за предаване на информация в клетката сега се смята от учените за ключов елемент на молекулярната комуникация между различните организми.

Това откритие хвърля нова светлина върху еволюционните механизми на взаимодействието между клетките, като показва, че обменът на РНК може да се осъществява дори между видове, разделени от милиони години еволюция.

Основната разлика на РНК от ДНК е нейната нестабилност. За разлика от двойната спирала на ДНК, която може да се запази в продължение на милиони години, РНК е много уязвима и може да се разпадне за минути, ако не е защитена. Извън клетката я очаква още по-агресивна среда: ензимите, които разграждат РНК са навсякъде, тъй като играят роля в защитата на организмите срещу вируси, чиято генетична информация е кодирана именно в молекулите на РНК. Има обаче начин молекулите на РНК да оцелеят извън клетката – те могат да бъдат затворени в защитни мехурчета, наречени извънклетъчни везикули (ИВ).

По-рано се смяташе, че везикулите са клетъчни „контейнери“, в които клетката се освобождава от продуктите на разграждането. Едно проучване, проведено в началото на 2000 година от Хади Валадади от Университета в Гьотеборг обаче показа, че част от РНК в тези везикули не е унищожен отпадък, а напълно функциониращи и непокътнати молекули. Експериментите доказват, че когато човешките клетки взаимодействат с везикули от миши клетки, те получават и декодират молекулярните съобщения, синтезирайки протеини, които първоначално не биха могли да произведат. Този процес показа, че клетките не само отстраняват нежеланите молекули, но и използват РНК, за да изпращат информация до други клетки, като по този начин ги предупреждават например за възможна заплаха под формата на патогени или токсични вещества.

Оттогава това откритие е потвърдено от редица други експерименти. Напредъкът в технологиите за секвениране позволи на учените да открият, че много РНК, капсулирани във везикули могат да съдържат подробна информация за клетката, която ги е освободила и да предизвикват специфични реакции в клетките, които ги получават.

Това доведе до предположения, че РНК може да служи като универсален молекулярен език, който се разбира на всички нива на живота, независимо от вида.

През тази година нови изследвания добавиха допълнителни слоеве към тази хипотеза. Беше доказано, че не само бактериите и еукариотите обменят РНК чрез везикули, но и археите – древни едноклетъчни организми, които имат свой отделен клон в еволюционното дърво на живота. Това откритие потвърди универсалността на процеса на трансфер на РНК във везикули за всички области на живота.

Освен това беше открита още една форма на междувидова комуникация: например растенията и гъбите, които ги нападат могат да обменят РНК като оръжие в еволюционната борба. Патогенните гъбички изпращат на растенията РНК, която нарушава защитните им механизми, а растенията могат да отговорят със собствена РНК, която намалява способността на гъбичките да заразяват.

Изследването на вирусни инфекции в археи, проведено от микробиолога Сузане Ердман, дава нови сведения за ролята на РНК в комуникацията. Нейната работа с Haloferax volcanii – организъм, живеещ в изключително солена среда като Мъртво море показа, че археите активно произвеждат везикули, съдържащи РНК. Интересно е, че тези РНК са представени от некодиращи последователности, които нямат известни функции. Въпреки това тяхното изобилие във везикулите предполага, че те изпълняват роля в клетъчната комуникация. Ердман отбеляза, че процесът на образуване на тези везикули изисква значителен разход на енергия, което потвърждава, че тези молекули имат важна функция.

Важна характеристика на РНК като молекулярно съобщение е нейната кратка продължителност. РНК непрекъснато се променя в отговор на променящите се условия вътре и извън клетката, нейните съобщения се предават бързо и също толкова бързо губят значението си.

Това я прави идеално средство за предаване на информация за текущото състояние на клетката. РНК може да бъде сравнена с текстово съобщение или имейл, които носят временна информация, за разлика от стабилната и постоянна ДНК, която може да се разглежда като аналог на надпис върху камък.

Учените продължават да проучват как точно клетките на различните видове обработват съобщенията на РНК. Например, вече е известно, че растенията и гъбите могат не само да получават и да четат тези съобщения, но и да ги използват в своя полза. Фундаменталното разбиране на тези механизми води до откриването на нови начини за лечение на заболявания и контрол на клетъчните процеси. Важно е да се отбележи, че дори приятелски организми, като симбиотичните бактерии в корените на растенията използват РHК, за да комуникират и координират функциите си, което доказва разнообразната роля на РНК в природата.

Въпреки краткото си съществуване РHК продължава да изненадва учените с многофункционалността си. Гъвкавата ѝ структура ѝ позволява не само да предава информация, но и да регулира различни клетъчни процеси, като активира или инхибира гените, влияе върху синтеза на протеини и ускорява химичните реакции. Благодарение на тези си свойства РHК вече се е превърнала в основа на нови терапии, като например създаването на мРHК ваксини за COVID-19. Природата обаче е отишла още по-далеч – клетките са се научили да използват везикули, за да прехвърлят РHК на други организми, понякога дори против волята им.

Изследванията през последните години продължават да разкриват все повече примери за междувидов обмен на РHК, което подкрепя хипотезата, че РHК е древен и универсален език, разбираем за всички живи организми на планетата.