วันอาร์เอ็นเอโลกถูกจัดขึ้นเพื่อเผยแพร่ความสำคัญของโมเลกุลนี้ในการสร้างโปรตีนในร่างกาย โดย RNA Society เป็นสมาคมวิทยาศาสตร์ระหว่างประเทศที่ไม่แสวงหาผลกำไรมีสมาชิกมากกว่า 1,800 คน เป็นเจ้าภาพจัดทำวารสารทางวิทยาศาสตร์ที่ผ่านการตรวจสอบโดยผู้ทรงคุณวุฒิ และมีหน้าที่รับผิดชอบในการประกาศให้วันที่ 1 สิงหาคมเป็นวัน RNA

จุดเริ่มต้นของวันอาร์เอ็นเอโลก

วันอาร์เอ็นเอโลกนี้ได้เริ่มขึ้นครั้งแรกในปี 2018 จากการริเริ่มของนักชีววิทยาโมเลกุลชาวอุรุกวัย นามว่า ฮวน ปาโบล โตซาร์ (Juan Pablo Tosar) นักวิจัยจากสถาบันปาสเตอร์ มอนเตวิเดโอ วันครบรอบนี้ได้รับการรับรองโดย RNA Society

วันที่ 1 สิงหาคมได้รับเลือกเป็นวันอาร์เอ็นเอโลก เนื่องมาจากวันที่ 1 สิงหาคม หรือ AUG (ย่อมาจาก Adenine =อะดีนีน Uracil =ยูราซิล และ Guanine =กัวนีน) ซึ่งเป็นลำดับสามลำดับของอาร์เอ็นเอ เรียกว่า Codon เป็นลำดับเริ่มต้นสำหรับการสังเคราะห์โปรตีนโดยเซลล์

อาร์เอ็นเอ (RNA) คืออะไร?

อาร์เอ็นเอ (RNA หรือ Ribonucleic acid) เป็นโมเลกุลที่ใกล้เคียงกับโมเลกุลที่รู้จักกันทั่วไป คือ ดีเอ็นเอ (DNA: deoxyribonucleic acid) และรวมถึงโปรตีน ทั้งสามคือโมเลกุลทางชีวภาพที่สำคัญสามชนิดที่จำเป็นสำหรับสิ่งมีชีวิต กรดไรโบนิวคลีอิก หรือ RNA เกิดจากโมเลกุลที่เชื่อมต่อกันจากไรโบนิวคลีโอไทด์ ซึ่งประกอบไปด้วยน้ำตาลไรโบส ฟอสเฟต และไนโตรเจนเบส ที่แตกต่างกัน 4 ชนิด ได้แก่ อะดีนีน (adenine) กัวนีน (guanine) ไซโตซีน (cytosine) และยูราซิล (uracil)

RNA พบได้ในเซลล์ของสิ่งมีชีวิต ประกอบด้วยข้อมูลที่คัดลอกมาจาก DNA ซึ่งจำเป็นสำหรับการผลิตโปรตีนที่มีความสำคัญต่อกระบวนการของสิ่งมีชีวิตทั้งหมด ช่วยให้เกิดการสังเคราะห์โปรตีน ซึ่งเป็นการเชื่อมต่อที่จำเป็นสำหรับข้อมูลทางพันธุกรรมระหว่าง DNA และเซลล์ ทำหน้าที่เป็นตัวควบคุมการแสดงออกของยีน และเป็นเอนไซม์ในเร่งปฏิกิริยาทางชีวภาพภายในเซลล์ของสิ่งมีชีวิต

ประเภทของ RNA ที่พบได้ภายในเซลล์ สามารถแบ่งได้ดังนี้

• Messenger RNA (mRNA)
• Ribosomal RNA (rRNA)
• Transfer RNA (tRNA)
• Small RNA อื่นๆ ตัวอย่างเช่น

o microRNA (miRNA)

o Small nuclear RNAs (snRNA)

o Long noncoding RNAs (lncRNA) เป็นต้น

ตัวอย่างการศึกษาทางด้าน RNA และการประยุกต์ใช้

1. RNA interference (RNAi)

กระบวนการ RNA interference หรือย่อว่า RNAi ถูกค้นพบครั้งแรกในสัตว์ประเภทหนอน Caenorhabditis elegans (C. elegans) ซึ่งมีบทบาทสำคัญในการควบคุมการแสดงออกของยีนโดยการทำลายเอ็มอาร์เอ็นเอ (mRNA) ผ่านการทำงานของอาร์เอ็นเอขนาดเล็ก เช่น siRNA miRNA หรือ shRNA ซึ่งสามารถกด หรือทําลายการแสดงออกของยีนเปาหมายได้ ณ ระดับที่แตกตางกัน เชน ระดับการถอดรหัส (transcription) หลังการถอดรหัส (post-transcription) หรือการแปลรหัส (translation) ส่งผลให้การแสดงออกทางกายภาพของเซลล์หรือสิ่งมีชีวิตเปลี่ยนแปลงไป นักวิทยาศาสตร์ได้ศึกษาวิจัยต่อเนื่องโดยมุ่งเน้นไปในทิศทางการทดสอบผลของกระบวนการ RNAi ต่อเซลล์ หรือสิ่งมีชีวิตที่มีความสลับซับซ้อนที่สูงขึ้นใกล้เคียงมนุษย์ จนในที่สุดหลักการดังกลาวถูกนํามาประยุกตใชเกี่ยวกับ (1) การศึกษาหนาที่ของยีน (2) การนํามาใชเปนยา เรียกวา “ยีนเทอราป (gene therapy)” โดยมีกลุม โรคเปาหมาย เชน

• โรคทางพันธุกรรม (Genetic diseases) เชน โรค Sickle cell anemia โรคอัลไซเมอร์ และโรค Huntington’s disease (HD) เปนตน โดยมีการศึกษาพบวา RNAi สามารถนํามาใชในการรักษาโรคทางพันธุกรรมที่มียีนที่ผิดปกติแลวแสดงออกที่ทําใหเกิดโรคหรือโรคที่เกิดจากความแตกตางของนิวคลีโอไทดเพียงตําแหนงเดียวของยีนเดียวกันระหวางกลุมประชากรหรือที่เรียกวา “สนิปส” (Single nucleotide polymorphisms, SNPs) ได
• โรคติดเชื้อไวรัส (Infectious) เมื่อปี ค.ศ. 2001 พบว่า RNAi สามารถยั้บยั้งเชื้อไวรัส “Respiratory Syncytial Virus” (RSV) ได้ และทำให้มีการนําหลักการนี้ไปพิสูจนในเชื้อไวรัสชนิดอื่นๆ เชน Influenza virus, HIV, SARS เป็น
• โรคมะเร็ง (Cancer) โดย RNAi สามารถรักษาโรคมะเร็งได้โดยอาจแบ่งได้เป็น 4 กระบวนการ 1) ยังยั้งการทำงานของ Oncogenes 2) ยังยั้งการทำงานของยีนที่เกี่ยวข้องกับการทำเคมีบำบัดให้ไวต่อยามากยิ่งขึ้น 3) ยับยั้งการทำงานของยีนที่เกี่ยวข้องกับการเจริญ หรือแพร่กระจายของเซลล์มะเร็ง และ 4) ยับยั้งการทำงานของยีนที่เกี่ยวข้องกับการหลบหลีกระบบภูมิคุ้มกันของร่างกาย และรวมถึงการนำ RNAi มาประยุกต์ใช้ในการรักษาโรคตา และโรคหัวใจ

2. Transcriptomics

ทรานสคริปโตม (transcriptome) หมายถึง RNA transcript ทั้งหมดของเซลล์ ซึ่งได้แก่ mRNA และ non-coding RNA ที่เกิดจากการแสดงออกของยีนต่างๆ ในจีโนม ซึ่งในมนุษย์ประกอบด้วยยีนราว 3 หมื่นยีน การศึกษานี้จึงมีประโยชน์ในการทำให้เกิดความเข้าใจเกี่ยวกับชีววิทยาของมนุษย์ รวมทั้งกลไกและสาเหตุของโรคต่างๆที่อาจจะเกิดจากเปลี่ยนแปลงของทรานสคริปโตม การศึกษาทรานสคริปโตมิกส์เน้นเกี่ยวกับด้านต่างๆ ที่สำคัญ ดังต่อไปนี้

Transcriptome profiling เป็นการศึกษาระดับการแสดงออกของ RNA transcript ในเซลล์หนึ่ง เช่น เซลล์ปกติ หรือ เซลล์มะเร็ง ในสภาวะหรือเวลาหนึ่งๆ เช่น ในสิ่งแวดล้อม หรือระยะ differentiation ต่างๆ  ซึ่งระดับการแสดงออกของ RNA transcript ต่างๆ อาจจะมีการเพิ่มขึ้นหรือลดลงขึ้นอยู่กับการทำงานและหน้าที่ของ RNA transcript นั้นๆ  ดังนั้นแล้วการศึกษาในแง่นี้จะช่วยทำให้เข้าใจหน้าที่ของยีนในเบื้องต้น ตัวอย่างเช่น RNA transcripts ที่มีการแสดงออกมากขึ้นในเซลล์มะเร็ง อาจจะมีบทบาทหรือหน้าที่เกี่ยวกับพยาธิกำเนิดของมะเร็งดังกล่าว เป็นต้น ข้อมูลของทรานสคริปโตมในส่วนนี้ จึงมีความสำคัญสำหรับการเข้าใจหน้าที่ของยีนในมนุษย์ซึ่งยังมีอีกจำนวนมากที่ยังไม่ทราบหน้าที่แน่นอน และสามารถใช้เป็นแนวทางเพื่อที่จะศึกษาหน้าที่ของยีนนั้นๆ โดยละเอียดต่อไป

Transcriptome networking เป็นการศึกษาเกี่ยวกับการควบคุมการแสดงออกของ RNA transcript ซึ่งเป็นขบวนการที่สำคัญอย่างหนึ่งในการนำข้อมูลทางพันธุกรรมของจีโนมมาสร้างเป็นผลผลิตที่ทำหน้าที่ภายในเซลล์  โดยขั้นตอนที่สำคัญอยู่คือ การควบคุมที่ระดับ transcription โดยอาศัยโปรตีนที่เป็น transcription factor และ transcriptional regulatory element ซึ่ง transcription factor หนึ่งๆ อาจสามารถควบคุมการแสดงออกของยีนได้หลายยีน และผลผลิตของยีนดังกล่าวอาจไปควบคุมการแสดงออกของยีนอื่นต่อไป ดังนั้น การศึกษาเกี่ยวกับเครือข่ายการควบคุมการแสดงออกของ RNA transcript จะมีประโยชน์อย่างมากในการเข้าใจการแสดงออกของยีน

Transcript cataloging เป็นการศึกษาโครงสร้าง RNA transcript ทั้งหมดที่เกิดขึ้นจากการแสดงออก ของยีนในจีโนม รวมทั้ง RNA transcript ที่เกิดจากขบวนการ RNA processing (เช่น alternative splicing, editing) ซึ่งจะทำให้ได้ RNA transcript ที่มีโครงสร้างที่หลากหลายกว่ายีนที่ใช้สร้าง RNA transcript นั้น ดังนั้นแล้วข้อมูลของทรานสคริปโตมในส่วนนี้ จึงมีความสำคัญเพื่อที่จะนำไปสู่การศึกษาเกี่ยวกับหน้าที่ของยีนนั้นๆต่อไป

ในปัจจุบันความก้าวหน้าทางด้านเทคนิคอณูชีววิทยา ได้ทำให้การศึกษาเกี่ยวกับทรานสคริปโตมเจริญขึ้นอย่างมากและรวดเร็ว ซึ่งความรู้ที่ได้นี้ นอกจากจะทำให้เกิดความเข้าใจเกี่ยวกับชีววิทยาและการทำงานของเซลล์ได้ดียิ่งขึ้นแล้ว ยังสามารถนำมาประยุกต์ใช้ในหลายด้าน ตัวอย่างเช่น การศึกษาเกี่ยวกับทรานสคริปโตมของเซลล์ที่มีพยาธิสภาพหรือเป็นโรค สามารถนำไปสู่การค้นพบยีนใหม่ๆที่มีการแสดงออกที่สัมพันธ์กับโรคนั้นๆ ซึ่งความรู้ที่ได้จากการศึกษาหน้าที่และบทบาทของยีนดังกล่าวในแง่พยาธิกำเนิดของโรค อาจจะนำไปพัฒนาการตรวจวินิจฉัยหรือการพยากรณ์โรคที่ดีและแม่นยำขึ้น หรืออาจใช้ผลผลิตของยีนนั้นเป็นโมเลกุลเป้าหมายสำหรับการพัฒนายาเพื่อการป้องกันและรักษาโรคนั้นได้ต่อไป  

 

 

 

References

ณยา วงษ์พูน (2554) การบำบัดโรคด้วย RNA interference (RNAi) วารสาร ไทยไกษัชยนิพนธ์ ฉบับเดือนมกราคา 2544

ผศ.ดร.นพ.ชัชวาลย์ ศรีสวัสดิ์ (ออนไลน์) บทความ ทรานสคริปโตมของมนุษย์, ทรานสคริปโตมิกส์และการประยุกต์ (Human Transcriptome, Transcriptomics, and Applications)

https://www.si.mahidol.ac.th/department/Biochemistry/home/articles/transcriptomics%20synopsis.htm

Office Holidays Ltd. (Online). WORLD RNA DAY

https://www.thereisadayforthat.com/holidays/various/world-rna-day