היום הוא יום ה-RNA .RNA ממלא תפקידים חיוניים בתאים של יצורים חיים, כגון ייצור חלבונים ובקרת גנים. לפי השערת "עולם ה-RNA" החיים הקדומים התבססו על RNA שהיה יכול לשכפל את עצמו ולזרז תגובות כימיות, ולפיכך ההשערה מחשיבה אותו למקור החיים. ביום ה-RNA העולמי אנו חוגגים את המחקר המדעי העוסק ב-RNA ואת תרומתו לחזית הרפואה בטיפולים חדשים

מדי שנה מציינים ברחבי העולם ביום הראשון של אוגוסט את יום ה-RNA העולמי. מדוע דווקא באחד באוגוסט? משום שאוגוסט נכתב בקיצור AUG, שהוא גם קודון הפתיחה ברוב מולקולות ה-RNA שלפיהן הריבוזום מייצר חלבונים. מה זה קודון ומה פירוש AUG?
RNA הם ראשי התיבות של RiboNucleic Acid, ובעברית חומצת גרעין ריבוזית. מולקולת ה-RNA היא גדיל ארוך מאוד המורכב משרשרת אבני בניין הנקראות נוקלאוטידים. כל נוקלאוטיד מורכב משלושה חלקים: מולקולת סוכר (ריבוז), קבוצת זרחה (פוספט), ובסיס חנקני טבעתי המשלב אטומי פחמן, חנקן, חמצן ומימן. בסך הכול יש ארבעה סוגים של בסיסים חנקניים כאלה, וכל נוקלאוטיד נקרא על שם הבסיס שלו, שכן הסוכר והזרחה זהים בכולם. מקובל גם לציין אותם באמצעות האות הראשונה בשמם. ארבעת הנוקלאוטידים ב-RNA הם: אדנין (Adenine או A), אורציל (Uracil או U), גואנין (Guanine או G) וציטוזין (Cytosine או C).
מרבית מולקולות ה-RNA מיוצרות על פי רצף הבסיסים של מולקולות ה-DNA, שגם הן חומצות גרעין הבנויות מנוקליאוטידים והן הבסיס לחומר התורשתי שלנו. הסדר של הנוקלאוטידים בגדיל נקבע לפי עקרון צימוד הבסיסים של חומצות הגרעין: כל אחד מהבסיסים החנקניים יוצר קשר כימי אך ורק עם בסיס חנקני אחד אחר. גואנין נקשר לציטוזין ואדנין נקשר לאורציל. כך נוצרים שני גדילים המשלימים זה את זה (ראו איור 1).

איור 1

ב-DNA לעומת RNA, מולקולת הסוכר היא דאוקסיריבוז, ובמקום הבסיס החנקני אורציל מופיע תימין (Thymine או T). הבדל חשוב נוסף הוא במבנה התלת-ממדי שלהם – בעוד שמולקולת ה-DNA בדרך כלל מופיעה בצורה של סליל כפול המורכב משני גדילים משלימים שביניהם מחברים זוגות הבסיסים כמו שלבים בסולם, מולקולת ה-RNA מופיעה בדרך כלל בצורת גדיל יחיד, או במבנים דו או תלת-ממדיים שונים שיש בהם צימוד בסיסים חלקי, כתלות בסוג ה-RNA ובתפקיד שהוא ממלא. למשל, לפעמים שרשרת ה-RNA מתקפלת על עצמה במבנה שמזכיר סיכת ראש, ולמבנים האלו יש חשיבות רבה בתפקוד של ה-RNA בתא [1].
חלבונים, כגון אינסולין המווסת את רמת הסוכר בדם או המוגלובין שנושא את החמצן בדם, הם המולקולות שמבצעות את רוב תהליכי החיים בתא. הם נבנים בתהליך המשולב של תעתוק ותרגום [2, ראו איור 2]: בתחילת התהליך נוצרת – או מתועתקת – מולקולת RNA שליח (mRNA) על בסיס רצף הנוקלאוטידים של ה-DNA המכיל הוראות לייצור החלבון. משם ה-mRNA עובר לריבוזום, שהוא מכונה זעירה שיודעת לקרוא את המידע שנמצא בספר ההוראות ולפיו לייצר חלבונים – זהו התרגום. רצף ה-mRNA נקרא על ידי הריבוזום בקבוצות בנות שלושה נוקלאוטידים, כך שלכל שלשה הריבוזום מתאים חומצת אמינו מסוימת ומצרף אותה לשרשרת החלבון שנוצרת – ואלו הם הקודונים. הראשון שבהם, זה שמורה לריבוזום מאיזו נקודה להתחיל את התרגום הוא כמעט תמיד AUG, כלומר השלשה אדנין-אורציל-גואנין.

איור 2

בשנים האחרונות מולקולות ה-mRNA עלו לכותרות בזכות החיסונים נגד קורונה שייצרו פייזר ומודרנה, המבוססים על מולקולות mRNA אשר מורות לתאים של מקבל החיסון לייצר את אחד מחלבוני המעטפת של הנגיף [3] ולאמן את מערכת החיסון לזהות אותו.
עם זאת, סוגי RNA רבים אינם מקודדים לחלבון, כ-98% מה-RNA ביצורים אאוקריוטיים (שהם כל היצורים החיים למעט חיידקים וארכאונים) אינו מתורגם לחלבון. שני סוגי ה-RNA שאינם מקודדים (ncRNA – non-coding RNA) העיקריים הם RNA נשא (tRNA – transfer RNA) ו-RNA ריבוזומלי (rRNA), שניהם מעורבים בתהליך התרגום. יש גם סוגי RNA לא מקודדים נוספים המעורבים בתהליכי בקרת ביטוי גנים ובבקרת ייצור חלבונים, עיבוד RNA ותפקידים אחרים החיוניים לחיי התא.
בניגוד ל-mRNA, המשמש כתבנית לייצור חלבונים, ncRNA מתפקדים ישירות כמולקולות RNA כדי להשפיע על תהליכי בקרה של ביטוי חלבונים בתא [4]. למשל, הם מעורבים בתגובה התאית לשינויים סביבתיים ולעקה, ומבטיחים שגנים מתאימים יבואו לידי ביטוי וחלבונים יווצרו לפיהם, בהתאם לתנאים המשתנים.
העיסוק ב-ncRNA מסוגים שונים הוא תחום מחקר חשוב בביולוגיה מולקולרית ובגנטיקה, המציע תובנות לגבי רשתות בקרה מורכבות בתוך תאים. כמו כן, רב המחקר על תפקידם של ncRNA שונים במחלות, חלקן סרטניות, שבהן חוסר הוויסות שלהם יכול להוביל לחלוקת תאים בלתי מבוקרת. לכן, יש להם פוטנציאל כיעד טיפולי וכסמן לאבחון מחלות. בעזרת כלי העריכה הגנטית החדשניים מהשנים האחרונות, ניתן לפעול ישירות על RNA ובכך להשפיע על תהליכים שונים בתא [5, 6].
אם עדיין לא השתכנעתם בחשיבות של RNA לחייכם, חכו עד שתשמעו את זה: ישנה סברה שה-RNA הוא המקור לחיים על פני כדור הארץ! השערת "עולם ה-RNA" גורסת שהחיים המוקדמים על פני כדור הארץ היו מבוססים בעיקר על מולקולות RNA. לפי השערה זו, RNA לא רק אחסן מידע תורשתי אלא גם זירז תגובות כימיות, תפקיד שכיום מתקשר בדרך כלל לחלבונים. עם זאת, גם היום יש ל-RNA ריבוזומלי תפקיד חשוב בזירוז תגובות, למשל בחלק הפעיל של האנזים שמחבר בין חומצות האמינו לשרשרת החלבון המתהווה.
בנוסף, בניגוד למולקולות DNA, ל-RNA יש יכולת שכפול עצמי. היכולת הזאת משמעותית מכיוון שלפי ההשערה, באופן תאורטי, היא אפשרה ל-RNA להתקיים עצמאית בתור חומר תורשתי. כך ככל הנראה, חיים פשוטים מבוססי RNA הקדימו את ה-DNA ואת החלבונים, עוד לפני שהופיעו התאים המורכבים בתהליך האבולוציה. השערה זו מספקת מנגנון סביר למעבר מתהליכים כימיים (שאינם חיים) לתאים חיים, ומגשרת על הפער בין הכימיה הפרה-ביוטית של כדור הארץ הקדום לבין הופעת החיים [7].

אז באחד באוגוסט אנחנו מציינים את המולקולה הזאת שהיא כל כך מרכזית במגוון תהליכים ביולוגיים בתא ואת עשרות שנות המחקר שאפשרו התקדמות בתחום הטיפולים המבוססים על הביולוגיה של ה-RNA.

עריכה: גליה הלוי שדה

מקורות

1. על מבנה ה-RNA ותפקודו
2. חומצה בהפתעה - על התרגום
3. על חיסוני mRNA 
4. סרטון על RNA לא מקודדים
5. מאמר על עריכת RNA על ידי תכנות עם CRISPR-Cas13
6. כתבה על השימוש הראשון ב-CRISPR לעריכת RNA ולא רק DNA 
7. על השערת עולם ה-RNA