Знание-сила, 2003 № 05 (911)
Шрифт:
Такие удивительные структуры создает РНК для выполнения своих функций
И вот осенью 2001 года плотину прорвало. В лаборатории Колд- Спрингс-Харбора, где долгие годы директорствовал Уотсон, был открыт фермент «дайсер». Название образовано от английского «дайс», что означает игральные кости, случайность. Потом был открыт фермент «аргонавт», и пошло-поехало. Особенно в этом отношении постарались в Геттингене, где в Институте биофизической химии Макса Планка собралась мощная команда
Это открытие произвело впечатление разорвавшейся бомбы. Оказалось, что в клетках высших организмов действует древняя защитная система внутриклеточного иммунитета, сохранившись в эволюционно первозданном виде. Тут уж все бодро развернулись от различных геномов и стройными рядами...
В целом весьма упрощенно картина молекулярной интерференции может быть изложена следующим образом. В клетке имеются длинные двуцепочечные молекулы РНК, на которых собираются четыре белка:
дайсер аргонавт
==============
белок белок
При этом «дайсер» смотрит в хвост «аргонавту». Такая ориентация способствует активации «дайсера», который начинает нарезать РНК на короткие 19-22-нуклеотидные куски. Получив свой кусочек, «аргонавт» разворачивается на 180 градусов и избавляется от второй цепочки. В результате этого «аргонавт» получает санкционированный доступ в РИСК, который собирается на и-РНК-мишени.
Для пояснения дальнейшего необходимо сделать маленькое отступление. Биологам известно понятие «сайленсинг», название которого произведено от английского «сайленс» — молчание, немота, тишина. Этот термин стали применять к гену, который, отработав свое в эмбриональном развитии, замолкает на всю оставшуюся жизнь (в норме). Или, наоборот, был молчащим, а потом под действием половых гормонов бурного юношеского созревания включился и вновь замолкает лишь в старости. При раке сайленсинг многих генов снимается, что не есть хорошо.
РИСК — это «сайленсинг»-комплекс PH К-интерференции. Одноцепочечная РНК минимальной протяженности соединяется с соответствующей последовательностью и-PH К (копии гена-мишени), что является сигналом для «переваривания» последней РИСКом. От и-РНК остаются нефункциональные фрагменты. Так происходит весьма целенаправленное «замалчивание» гена без его нарушения, то есть ген «выключается» путем разрушения его информационного продукта на выходе из ядра.
Когда это впервые поняли осенью 200! года, ажиотажу ученых не было предела, что сразу же отразилось на страницах журналов. Ведь это же великолепно! Можно извне выключать нужные вам гены и тем самым начать разбираться в их функции. Такого подарка судьбы молекулярные биологи просто не ожидали.
Дело в том, что большая часть генов в нашем геноме, прочитанном к концу 2000 года, так и не понята, то есть их функции пока еще не известны. Достаточно сказать, что на расшифровку первых тысяч генов ушла четверть века, а остается еще как минимум тысяч 25! Вот почему все заинтересованы в простом и дешевом методе, который позволит быстро определять, что делает тот или иной ген, за что он ответственен. И новая система работы РНК, по крайней мере на сегодня, представляется идеальным выходом из положения.
Так некогда в липоссмах начиналась жизнь или по крайней мере синтезировалась РНК (красная цепочка) благодаря действию РНК- полимеразы (желто- зеленые шарики вверху) из отдельных нуклеотидов, плавающих в первобытном океане (красные шарики — на рисунке внизу)
Это онтология нашего бытия, а что же воспаряющее сознание эпистемиологии? То есть для чего существует с незапамятных времен механизм разрушения РНК? На сегодня теоретическая мудрость гласит: механизм интерференции служит защите клетки от вторжения чужеродных вирусов. Клетка быстро синтезирует короткие РНК с помощью «дайсера», после чего РИСК осуществляет «переваривание» вторгшегося врага.
В клетках же высших существует для их генома и другая опасность, а именно транспозоны. Эти мигрирующие в геноме элементы были открыты Барбарой Маклинток, за что она была десять лет назад удостоена на склоне лет Нобелевской премии. Транспозоны могут так вклиниться в ген, что он начнет работать аномально, что приводит ко всякого рода нежелательным последствиям. И тут РНК-интерференция служит подобно управлению внутренней безопасности силовых структур.
ДНК, намотанная на «шпульки» нуклеосом (одна видна в деталях справа внизу).
Схема наглядно представляет сложнейшую систему «упаковки» ДНК из-за чего молекулярные биологи несколько десятилетий не могли установить точную последовательность операций, совершаемых ДНК которая переходит от плотно упакованного состояния к рабочему
И, тем не менее, вирусные инфекции на всех уровнях живого существуют, следовательно, вирусам удается преодолеть интерференционный барьер. В свое время автор Гулливера Джонатан Свифт так обыгрывал эту ситуацию:
Натуралистами открыты у паразитов паразиты,
и произвел переполох тот факт, что блохи есть у блох.
Свидетельством преодоления интерференции является элегантный эксперимент, проведенный на листьях растения с помощью зеленого флюоресцирующего белка тихоокеанской медузы, включаемого белком животного вируса. Поясним, что имеется в виду.
Ген зеленого флюоресцирующего белка (ГФБ) работает в разных организмах и дает протеин, который светится зеленым под действием лазера или ультрафиолета. Клетки табака могут экспрессировать в гены вируса животного, в частности, поражающего домашнюю птицу. Так вот, в одном из подразделений Калифорнийского университета, что в городке Риверсайд, в табак внесли ген ГФБ, который, естественно, не стал светиться в силу РНК-интерференции («дайсеру» табака не важно, чью и-РНК перемалывать). Однако...
Однако через некоторое время свечение восстанавливалось. Под действием двух белков. Анализ показал, что оба они являются РНК-зависимыми РНК-полимеразами (РзРп). А мы уже эту аббревиатуру «проходили» еще в 1971 году. Вот тебе и временная петля, а отнюдь не поступательное движение вперед и ввысь!
Что делают РзРп? То же, что и в 1971 году, и миллиарды лет тому назад. Они столь же древние, как и интерференция. В клетках наблюдается баланс сдержек и противовесов, и вслед за включением интерференции вступает в действие обратный процесс, а именно восстановление двуцепочечности РНК. Интересно, что система настолько «антична», что белок животного вируса прекрасно работает в клетках растения, «зажигая» флюоресцентный белок тихоокеанской медузы. «Если звезды зажигаются, значит это кому-нибудь нужно»...