Η πορεία του mRNA μέσα στο κύτταρο: Μια καινοτόμος ματιά

Το όραμα της Xiao Wang και το MIT

Όταν η Xiao Wang υπέβαλε αίτηση για θέσεις καθηγητή, πολλά ιδρύματα θεώρησαν ότι η ερευνητική της πρόταση — να μελετήσει τον κύκλο ζωής του RNA στα κύτταρα και πώς αυτό επηρεάζει την κανονική ανάπτυξη και τις ασθένειες — ήταν υπερβολικά ευρεία. Ωστόσο, στο MIT, οι μελλοντικοί της συνάδελφοι αγκάλιασαν τις ιδέες της και την ενθάρρυναν να είναι ακόμη πιο τολμηρή.

«Αυτό που κάνω τώρα είναι ακόμη πιο ευρύ και τολμηρό από ό,τι αρχικά πρότεινα», λέει η Wang, η οποία κατέχει κοινές θέσεις στο Τμήμα Χημείας και το Broad Institute του MIT και του Harvard. «Έλαβα μεγάλη υποστήριξη από όλους τους συναδέλφους μου στο τμήμα μου και στο Broad, ώστε να μπορώ να αποκτήσω τους πόρους για να πραγματοποιήσω ό,τι ήθελα. Είναι επίσης μια απόδειξη του πόσο γενναίοι είναι οι φοιτητές. Υπάρχει μια πραγματικά καινοτόμος κουλτούρα και περιβάλλον εδώ, έτσι οι φοιτητές δεν φοβούνται να αναλάβουν κάτι που μπορεί να ακούγεται παράξενο ή μη ρεαλιστικό.»

Η διασύνδεση της χημείας με τη βιοϊατρική

Η εργασία της Wang στο RNA συγκεντρώνει φοιτητές από τη χημεία, τη βιολογία, την πληροφορική, τη νευροεπιστήμη και άλλους τομείς. Στο εργαστήριό της, η έρευνα επικεντρώνεται στην ανάπτυξη εργαλείων που εντοπίζουν πού σε ένα δεδομένο κύτταρο διαφορετικοί τύποι αγγελιαφόρου RNA μεταφράζονται σε πρωτεΐνες — πληροφορίες που μπορούν να προσφέρουν ενόραση στο πώς τα κύτταρα ελέγχουν τη μοίρα τους και τι πάει στραβά σε ασθένειες, ειδικά στον εγκέφαλο.

«Η κοινή θέση μεταξύ του MIT Chemistry και του Broad Institute ήταν πολύ ελκυστική για μένα γιατί εκπαιδεύτηκα ως χημικός και θα ήθελα να διδάξω και να στρατολογήσω φοιτητές από τη χημεία. Αλλά ταυτόχρονα, ήθελα επίσης να εκτεθώ σε βιοϊατρικά θέματα και να έχω συνεργάτες εκτός χημείας. Μπορώ να συνεργαστώ με βιολόγους, γιατρούς, καθώς και με επιστήμονες υπολογιστών που αναλύουν όλα αυτά τα τρομακτικά δεδομένα», λέει.

Η απεικόνιση του RNA

Η Wang ξεκίνησε την καριέρα της στο MIT το 2019, λίγο πριν ξεκινήσει η πανδημία Covid-19. Μέχρι εκείνο το σημείο, δεν γνώριζε σχεδόν κανέναν στην περιοχή της Βοστώνης, αλλά βρήκε μια θερμή υποδοχή. «Δεν είχα εκπαιδευτεί στο MIT και δεν είχα ζήσει ποτέ στη Βοστώνη πριν. Στην αρχή, είχα πολύ μικρούς κοινωνικούς κύκλους, μόνο με τους συναδέλφους και τους φοιτητές μου, αλλά εκπληκτικά, ακόμα και κατά τη διάρκεια της πανδημίας, ποτέ δεν ένιωσα κοινωνικά απομονωμένη. Απλώς ένιωθα τόσο συνδεδεμένη ήδη, παρόλο που είναι ένας πολύ κοντινός, μικρός κύκλος», λέει.

Μεγαλώνοντας στην Κίνα, η Wang ενδιαφέρθηκε για την επιστήμη στο γυμνάσιο, όταν επιλέχθηκε να συμμετάσχει στην Εθνική Ολυμπιάδα της Κίνας στα μαθηματικά και τη χημεία. Αυτό της έδωσε την ευκαιρία να μάθει υλικό πανεπιστημιακού επιπέδου και τελικά κέρδισε χρυσό μετάλλιο στον πανεθνικό διαγωνισμό χημείας.

Η επιστημονική της πορεία και το ενδιαφέρον για το RNA

Στο Πανεπιστήμιο του Πεκίνου, σπούδασε χημεία και μοριακή μηχανική. Εκεί, συνεργάστηκε με τον Καθηγητή Jian Pei, ο οποίος της έδωσε την ευκαιρία να εργαστεί ανεξάρτητα στο δικό της ερευνητικό έργο. «Μου αρέσει πολύ να κάνω έρευνα γιατί κάθε μέρα έχεις μια υπόθεση, έχεις ένα σχέδιο και το πραγματοποιείς. Είναι σαν να παίζεις ένα βιντεοπαιχνίδι: Έχεις αυτόν τον περίπου καθημερινό κύκλο ανατροφοδότησης. Μερικές φορές είναι μια ανταμοιβή, μερικές φορές όχι. Νιώθω ότι είναι πιο ενδιαφέρον από το να παρακολουθείς ένα μάθημα, οπότε νομίζω ότι αυτό με έκανε να αποφασίσω ότι πρέπει να υποβάλω αίτηση για μεταπτυχιακές σπουδές», λέει.

Ως μεταπτυχιακή φοιτήτρια στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο, ενδιαφέρθηκε για το RNA κατά τη διάρκεια μιας εναλλαγής στο εργαστήριο του Chuan He, καθηγητή χημείας. Ο He μελετούσε χημικές τροποποιήσεις που επηρεάζουν τη λειτουργία του αγγελιαφόρου RNA — των μορίων που μεταφέρουν τις οδηγίες κατασκευής πρωτεϊνών από το DNA στα ριβοσώματα, όπου συναρμολογούνται οι πρωτεΐνες.

Η επανάσταση στην απεικόνιση του RNA

Η Wang τελικά εντάχθηκε στο εργαστήριο του He, όπου μελέτησε μια κοινή τροποποίηση mRNA γνωστή ως m6A, η οποία επηρεάζει το πόσο αποτελεσματικά το mRNA μεταφράζεται σε πρωτεΐνη και πόσο γρήγορα αποικοδομείται στο κύτταρο. Επίσης, άρχισε να εξερευνά πώς οι τροποποιήσεις του mRNA επηρεάζουν την εμβρυϊκή ανάπτυξη. Ως μοντέλο για αυτές τις μελέτες, χρησιμοποιούσε τα ζεβρόψαρα, τα οποία έχουν διαφανή έμβρυα που αναπτύσσονται από γονιμοποιημένα αυγά σε ελεύθερα κολυμβητικές προνύμφες μέσα σε δύο ημέρες. Αυτό την έκανε να ενδιαφερθεί για την ανάπτυξη μεθόδων που θα μπορούσαν να αποκαλύψουν πού εκφράζονται διαφορετικοί τύποι RNA, απεικονίζοντας ολόκληρο τον οργανισμό.

Μια τέτοια προσέγγιση, σύντομα συνειδητοποίησε, θα μπορούσε επίσης να είναι χρήσιμη για τη μελέτη του εγκεφάλου. Ως μεταδιδακτορική ερευνήτρια στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ, άρχισε να αναπτύσσει μεθόδους απεικόνισης RNA, συνεργαζόμενη με τον Καθηγητή Karl Deisseroth. Υπάρχουν ήδη υπάρχουσες τεχνικές για την αναγνώριση μορίων mRNA που εκφράζονται σε μεμονωμένα κύτταρα, αλλά αυτές δεν προσφέρουν πληροφορίες για το πού ακριβώς στα κύτταρα βρίσκονται διαφορετικοί τύποι mRNA. Άρχισε να αναπτύσσει μια τεχνική που ονομάζεται STARmap που μπορούσε να επιτύχει αυτό το είδος «χωρικής μεταγραφικής ανάλυσης».

Χρησιμοποιώντας αυτήν την τεχνική, οι ερευνητές πρώτα χρησιμοποιούν φορμαλδεΰδη για να διασταυρώσουν όλα τα μόρια mRNA στη θέση τους. Στη συνέχεια, ο ιστός πλένεται με φθο