Дори вещества, без които животът е немислим, могат да се окажат вредни, когато количеството им излезе извън контрол. Такъв изглежда е случаят с рибонуклеиновата киселина (РНК) – молекула с ключова роля за работата на клетките. Ново изследване разкрива, че прекомерното ѝ натрупване може да наруши производството на клетъчна енергия. Откритието хвърля нова светлина върху процесите, свързани със стареенето, вирусните инфекции и някои заболявания, и може да се окаже важно за разработването на бъдещи ваксини и терапии.
РНК участва в редица жизненоважни процеси. Една от основните ѝ задачи е да пренася генетичната информация, необходима за производството на белтъците, които изграждат клетките и осигуряват нормалното им функциониране.
За да работят правилно, клетките трябва да поддържат прецизен баланс между синтеза и разграждането на РНК. Той обаче може да бъде нарушен по различни причини. Вирусите например често предизвикват засилено производство на РНК, а подобни смущения се наблюдават и при стареенето, някои видове рак и невродегенеративни заболявания.
В изследване, публикувано в научното списание PNAS, учените описват непознат досега начин, по който излишната РНК може да навреди на клетките. Оказва се, че тя е способна да наруши работата на митохондриите – своеобразните енергийни централи на клетката, които осигуряват необходимата ѝ енергия.
Според авторите на проучването, ръководено от екип на Тексаския университет A&M, откритието може да помогне за по-доброто разбиране на заболяванията, свързани с напредването на възрастта, вирусните инфекции и действието на терапиите, които използват РНК или са насочени към нея.
Защо клетките трябва да разграждат излишната РНК?
„Учените отдавна знаят, че разграждането на РНК е важно за регулирането на производството на белтъци и за отстраняването на дефектните РНК молекули“, обяснява вирусологът Жилонг Ян от Колежа по ветеринарна медицина и биомедицински науки (VMBS) към Тексаския университет A&M.
„Нашето изследване разкрива още една важна роля на този процес – той помага на клетките да поддържат енергийния запас, необходим за нормалната им работа.“
За да разберат какво се случва при натрупване на РНК, изследователите заразяват отглеждани в лаборатория човешки клетки с вируса ваксиния. След това променят химичните условия така, че РНК да започне да се натрупва в клетките. При обичайни условия този вирус стимулира както производството, така и разграждането на РНК – механизъм, който му помага да оцелее и да остане незабелязан от защитните системи на организма.
В следващите експерименти учените въвеждат РНК директно в клетките, без да използват вирус. Те изследват два вида молекули – информационна РНК (иРНК, или mRNA), която пренася инструкциите за синтеза на белтъци, и двуверижна РНК, характерна за определени вируси и способна да предизвика силни, понякога увреждащи имунни реакции.
За да оценят състоянието на митохондриите, учените проследяват колко кислород използват клетките. Този показател им позволява да установят как количеството РНК влияе върху способността им да произвеждат енергия.
Излишната РНК може да увреди митохондриите и без вирусна инфекция
„Когато изолирахме митохондриите и добавихме РНК директно към тях, отново наблюдавахме увреждане“, разказва Джамал Брахим Белхауари от VMBS. „Тогава осъзнахме, че вероятно сме открили непозната досега клетъчна реакция към РНК.“
„Прекомерното натрупване на двуверижна РНК или информационна РНК, която не може да бъде разградена достатъчно ефективно, вероятно допринася за развитието на някои заболявания при определени условия.“
Резултатите показват ясна връзка между излишъка от РНК и намаленото потребление на кислород и производство на енергия в клетките. Особено показателно е, че тази реакция настъпва още преди да се задейства имунната система. Това означава, че увреждането вероятно не се дължи на обичайния защитен отговор на организма при инфекция.
И предишни проучвания са установявали, че двуверижната РНК може да уврежда клетките, но досега този ефект не е бил свързван с митохондриите. Новото изследване показва, че подобно въздействие има и информационната РНК. Това навежда учените на мисълта, че не само видът, но и количеството РНК е от значение за здравето на клетките.
„Информационната РНК е естествена част от нашите клетки. Но както при много други полезни неща, когато стане прекалено много, тя може да създаде проблеми“, казва Ян.
„Натрупването на големи количества РНК, включително информационна РНК, може да увреди митохондриите и да наруши способността на клетката да произвежда енергия.“
Откритието подчертава колко важно е митохондриите да функционират правилно. Значението им далеч не се изчерпва с производството на енергия. Както показва и друго изследване върху механизмите за защита и възстановяване на митохондриите, състоянието на тези клетъчни структури може да има съществено значение и за заболявания като Паркинсон и Алцхаймер.
При излагане на прекомерно количество РНК, включително информационна РНК, митохондриите произвеждат по-малко енергия. Това е отразено чрез по-бледия оранжев цвят на изображението. (Belhaouari et al., PNAS, 2026)
Каква е връзката със стареенето и заболяванията?
Предстои учените да изяснят как точно РНК уврежда митохондриите и да потвърдят причинно-следствената връзка между натрупването ѝ и нарушеното производство на енергия. За целта ще са необходими и изследвания с живи организми, които да покажат по-подробно как протича този процес.
Митохондриите отдавна са във фокуса на изследванията върху стареенето, тъй като промените в тяхната работа могат да окажат сериозно влияние върху състоянието на клетките. Така например учени са открили ген, който влияе върху структурата и функцията на митохондриите и може да има значение за забавянето на стареенето. Новото проучване добавя още един възможен фактор към тази сложна картина – натрупването на РНК, което може да наруши енергийния баланс на клетките.
Какво означава откритието за РНК ваксините и лечението на рака?
РНК е важен посредник при предаването на генетична информация, а това нейно свойство вече намира широко приложение в медицината. При някои ваксини например информационната РНК служи като инструкция, по която клетките произвеждат безвреден вирусен белтък или част от него. Така имунната система се научава да разпознава съответния причинител и да изгражда защита срещу бъдеща инфекция.
В дългосрочен план по-доброто разбиране на въздействието на РНК върху митохондриите би могло да помогне за създаването на още по-безопасни и ефективни ваксини.
Успоредно с това се разработват и терапии, при които РНК се използва за въздействие върху определени клетки, включително за атакуване на ракови клетки. И тук откритието може да се окаже ценно. Ако учените успеят да разберат как и защо натрупването на РНК претоварва митохондриите, това би могло да подпомогне усъвършенстването на подобни методи за лечение.
Възможностите за използване на РНК в онкологията вече се изследват активно. Например откриването на микроРНК, свързана с агресивността на рака на гърдата, показва колко важни могат да бъдат тези молекули за разбирането на заболяването и за разработването на нови лечебни подходи. Други изследователи пък проучват как чрез малки РНК молекули може да се задейства естествен механизъм за унищожаване на раковите клетки.
Как РНК нарушава производството на клетъчна енергия?
Засега учените разполагат с хипотеза, която предстои да бъде проверена. Според нея причината за увреждането може да се крие в електрическия заряд на РНК молекулите.
„Предполагаме, че РНК, която има отрицателен електрически заряд, може да се натрупва около митохондриите и да нарушава електрическия баланс, необходим за производството на енергия. Все още обаче не знаем как точно става това“, обяснява Ян.
„Това е нова концепция, която продължаваме да изследваме.“
Ако предположението се потвърди, то би могло да отвори нови възможности за медицината.
„Разбирането на този механизъм ще помогне на учените да разработват и усъвършенстват бъдещите терапии и ваксини, базирани на РНК. За целта е важно да знаем как клетките реагират, когато са изложени на големи количества от тези молекули“, допълва изследователят.
Проучването е публикувано в научното списание Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Източник: Texas A&M University.
