Pattern recognition for non-coding RNA promoters
Authors: Γεωργακίλας Γεώργιος 
Published: September 2021

Το κεντρικό δόγμα της Βιολογίας συνοψίζει τη ροή της γενετικής πληροφορίας από το δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ (DNA) προς το ριβονουκλεϊκό οξύ (RNA) προς τις πρωτεΐνες. Αρχικές εκτιμήσεις ανέφεραν πως μόλις 1% του ανθρώπινου γονιδιώματος κωδικοποιεί πρωτεΐνες ενώ το υπόλοιπο χαρακτηρίζεται ως «άχρηστο» DNA. Κατά τη διάρκεια της τελευταίας δεκαετίας, η εμφάνιση καινοτόμων πειραματικών μεθοδολογιών επέτρεψε τη συνεχόμενη αύξηση του αριθμού των μελετών που αποκαλύπτουν νέα στοιχεία και αποσαφηνίζουν σκοτεινά σημεία γύρω από το κεντρικό δόγμα της Βιολογίας. Πρόσφατες εκτιμήσεις υπολογίζουν πως 3% του ανθρώπινου γονιδιώματος κωδικοποιεί πρωτεΐνες, 62% μεταγράφει μη-κωδικά RNA ενώ το 80% συμμετέχει σε μία τουλάχιστον βιοχημική διεργασία. Τα παραπάνω ευρήματα υποδεικνύουν ότι το RNA και ειδικότερα τα μη-κωδικά RNA αποτελούν αναπόσπαστο κομμάτι της κυτταρικής λειτουργίας και ο ρόλος τους μένει να αποσαφηνιστεί. Παραδοσιακά, η έννοια μη-κωδικό RNA χρησιμοποιείται σαν όρος ομπρέλα για πληθώρα μορίων που κατηγοριοποιούνται σε υποοικογένειες με βάση το μήκος τους. Μη-κωδικά RNA μικρότερα των 200 νουκλεοτιδίων γενικά ονομάζονται μικρά RNAs ενώ τα υπόλοιπα αποτελούν το υποείδος των μακρών μη-κωδικών RNA. Τα microRNA (miRNA), τα οποία ανακαλύφθηκαν το 1993 και στα οποία εστιάζει η παρούσα διδακτορική διατριβή, είναι μικρά μόρια RNA, μήκους περίπου 22 νουκλεοτιδίων, που ρυθμίζουν μετά-μεταφραστικά την έκφραση των γονιδίων είτε εμποδίζοντας τη σύνθεση των πρωτεϊνών ή οδηγώντας το αγγελιοφόρο RNA σε αποδόμηση. Από το 2001 που επιβεβαιώθηκε η ευρύτητα της έκφρασής τους στα κύτταρα και έπειτα, σημειώθηκε έκρηξη στον αριθμό (περισσότερες από 40,000 – Σεπτέμβρης 2015) των δημοσιεύσεων που σχετίζονται με την έρευνα των miRNAs. Αυτό οδήγησε σε σημαντικές ανακαλύψεις σχετικά με τον μηχανισμό ωρίμανσης και δράσης των miRNAs καθώς και στον τρόπο που εμπλέκονται στις ασθένειες. Παρόλα αυτά, υπάρχουν ακόμα ανοικτά ερωτήματα που σχετίζονται με τις διεργασίες και τους παράγοντες που ελέγχουν την έκφρασή τους. Αυτό οφείλεται στο ένζυμο Drosha το οποίο προκαλεί ταχύτατη αποδόμηση των πρώιμων μετάγραφων RNA, από τα οποία παράγονται τα miRNA, εμποδίζοντας την ανίχνευση των γονιδίων τους με συμβατικές πειραματικές τεχνολογίες. Στόχος της παρούσας Διδακτορικής διατριβής αποτελεί η σχεδίαση ενός αλγορίθμου κατάλληλου για τη δημιουργία ενός ακριβούς και υψηλής ανάλυσης χάρτη θέσεων έναρξης μεταγραφής miRNA γονιδίων. Ο στόχος αυτός επετεύχθη με την υλοποίηση του microTSS, ενός αλγορίθμου που συνδυάζει Μηχανική Μάθηση και δεδομένα Αλληλούχισης Επόμενης Γενιάς και παρέχει ακριβείς και υψηλής ανάλυσης προβλέψεις θέσεων έναρξης μεταγραφής miRNA γονιδίων. Η αξιολόγηση του αλγορίθμου επετεύχθη με την αξιοποίηση ενός ζωικού μοντέλου (μυς) από το οποίο αφαιρέθηκε το γονίδιο Drosha επιτρέποντας την ανίχνευση των πρώιμων μετάγραφων των miRNA γονιδίων με τεχνικές αλληλούχισης RNA. Κατά τη διάρκεια των Διδακτορικών μου σπουδών, συμμετείχα σε έξι ακόμα δημοσιεύσεις μελετών που περιγράφουν εργαλεία και υπολογιστικές τεχνικές που δρουν συμπληρωματικά στον αλγόριθμο microTSS και διευκολύνουν με πολύπλευρο τρόπο την έρευνα που σχετίζεται με τα miRNA. Όλες οι μέθοδοι είναι εφαρμόσιμοι σε πληθώρα ιστών, κυτταρικών σειρών και οργανισμών και μπορούν να αξιοποιηθούν μεμονωμένα ή συνδυαστικά ανάλογα με το πλαίσιο της εκάστοτε μελέτης. Η ανίχνευση διαφορών, ανάμεσα σε φυσιολογικές και παθολογικές καταστάσεις, που αφορούν στη ρύθμιση της έκφρασης των miRNA και των στόχων τους δύναται να εγκαινιάσει μια νέα εποχή στην Βιολογία επαναπροσδιορίζοντας το ρόλο των σημαντικών αυτών μορίων στο ευρύτερο πλαίσιο των δικτύων γονιδιακής έκφρασης.