Rambler's Top100 Service
Поиск   
 
Обратите внимание!   Зарегистрируйтесь на нашем сервере и Вы сможете писать комментарии к сообщениям Обратите внимание!
 
  Наука >> Медицина >> Молекулярная биология | Популярные статьи
 Написать комментарий  Добавить новое сообщение
 См. также

НовостиМалые РНК в большой науке - прорыв года

Популярные статьиС.Г. Инге-Вечтомов. Трансляция как способ существования живых систем, или в чем смысл "бессмысленных"

Обзорные статьиА.С. Спирин. Принципы структуры рибосом

Популярные статьиНобелевские портреты: Сидни Бреннер

НовостиМировая линия Гамова

Обзорные статьиЛ.П. Овчинников. Что и как закодировано в мРНК

Обзорные статьиВ.И. Агол. Помехоустойчивость вирусов

Научные статьиХимические основы возникновения Жизни

Научные статьиБиогенез: мотивы и феномены возникновения жизни

Обзорные статьиВ.В. Малахов. Вестимениферы

Малые РНК в большой науке

Сергей Григорович

Часть первая, или Феномен малых РНК.
Часть вторая, или "Иммунная система" внутри клетки.
Часть третья, или Вопросы без ответов


Часть 1. Феномен малых РНК.

"Он дал человеку уверенность,
что тот может познавать. Это лучший
пример черного юмора, который я знаю".

Генрих Румсдорф,
"О познании и землях иных", 1837.

Помнится, в 80-х годах прошлого века у нас в городе не то чтобы популярно, а просто принято было, считалось хорошим тоном, особенно в рабоче-служащих кварталах, что на периферии, иметь на каждом балконе цветы. В кадках, горшках и горшочках, в длинных ящиках - цветниках, вьющиеся, гвоздики, герани, анютины глазки, чахлые и не слишком, согласитесь, кто застал то время, в этом было свое, пусть и немного мещанское, очарование.

Потом город стал меняться, повзрослел. На смену романтикам и провинциалам пришло наше прагматичное поколение, и цветочные клумбы постепенно забылись, лишь мертвыми букетами на цветочных базарах напоминая о попытке построить если не город-сад, то хотя бы город-цветник.

А вот европейцы, похоже, от такой мечты не откажутся ни за что. Они любят цветы. Они лелеют цветы. Они возвели цветоводство и цветочный дизайн в ранг искусства.

Петуния - один из любимцев европейских селекционеров, за века создавших потрясающее множество цветов, оттенков и форм этого непременного, а нередко основного жителя городских цветников. Современные селекционеры уже не полагаются только лишь на причуды природы, а самостоятельно и направленно изменяют живые организмы.

Задавшись целью получить сорт петуний, который обладал бы более яркими бордовыми лепестками, генетики ввели в ее клетки ген, отвечающий за синтез красного пигмента. К удивлению ученых, многие цветы, вместо того, чтобы усилить окраску, вовсе теряли пигмент и получались белыми.

С этого и других похожих наблюдений, сделанных в начале 90-х годов, и началась история малых РНК.

pet3.jpg
Петунии.

В другом эксперименте биологи, изучавшие генетическую регуляцию у одного из самых популярных в последнее время модельных организмов - червя Caenorhabditis elegans ( Ценорабдитис элеганс , или сокращенно C. elegans ), пытались усилить работу определенных генов путем введения в клетки червя дополнительных копий таких генов (в виде ДНК). И снова, вместо усиления выраженности (экспрессии, о которой ниже) данного гена, ученые наблюдали противоположный эффект: его полное "замолкание".

Длительное время никто не мог объяснить происходившие феномены, рассматривая их как артефакты. И лишь спустя годы удалось установить, что во всех подобных случаях в клетках подопытных организмов появлялись большие количества так называемых "малых" РНК. К еще большему удивлению привело исследование структуры таких молекул. Оказалось, что эти РНК являются копией отдельных участков тех самых генов (ДНК), которые вводились в клетку, и активность которых подавлялась.

Снова - загадка. С одной стороны, структура таких малых РНК однозначно говорит о том, что они были скопированы с введенной в клетку ДНК, что для клетки вполне нормально (если не считать подозрительно малую длину этих молекул). С другой стороны - вместо того, чтобы, как большинство "нормальных" информационных РНК, переносить информацию для синтеза белков и способствовать, таким образом, усилению выраженности гена (например, усиливая цвет петуний), эти РНК каким - то образом умудряются проделывать совершенно противоположную работу.

Начиная с 1995 года, исследователи предприняли попытки повторить этот эффект экспериментально. Для этого они искусственно синтезировали небольшие участки РНК, являющиеся почти точной копией участка определенного гена, и вводили их различным организмам.

Первое подтверждение феномена "замолкания" генов было получено все у того же C. elegans. Немного позже это свойство коротких РНК выявили у мух и, наконец, в 2001 году - при введении в клетки мыши и человека. В том же 2001 году Science включил исследования малых РНК в число наиболее важных.

Почему же короткие РНК способны выполнять столь необычные функции?

Решение парадокса малых РНК началось с детального изучения их структуры, биологических характеристик и путей их превращения (метаболизма ) в клетках различных организмов.


Длительное время биологи просто не обращали особого внимания на короткие отрезки клеточной рибонуклеиновой кислоты (РНК), полагая, что их роль в клетке не слишком значительна. Гораздо больший интерес привлекали другие типы РНК, а именно информационные и рибосомальные. Оба этих класса - очень длинные молекулы, содержащие до 100 000 нуклеотидов. Первые (информационные, которые часто называют также матричными РНК, или мРНК ) переносят генетическую информацию с хромосом (ДНК) в специальные органеллы - "агрегаты" для синтеза белков - рибосомы. Второй класс - рибосомальная РНК - является одновременно и строительным материалом, и важнейшей рабочей частью рибосом.

Понятно, что с первого взгляда малые РНК, состоящие всего из нескольких десятков нуклеотидов, могли показаться просто мусором, остатками от своих "больших братьев". И даже несмотря на то, что роль отдельных малых молекул РНК в процессах превращения информационных РНК (сплайсинге), а также при упаковке нитей нуклеиновых кислот, была доказана ранее, истинным "хитом" в биологии малые РНК стали только лишь с открытием своей способности подавлять экспрессию генов у животных.

В нормально работающей клетке каждый ген выполняет собственную, строго определенную функцию, например, отвечает за выработку белка, мРНК, или за взаимодействие с другими регуляторными белками. При этом говорят о нормальной экспрессии (от лат. expressus - выразительный, явный) гена в клетке. Если же количество продукта данного гена (например, белка) снижается, то говорят о снижении экспрессии данного гена. Эффект "гашения" экспрессии определенных генов малыми РНК получил название РНК - интерференции , а молекулы, вызывающие его, назвали siRNA (small interfering RiboNucleic Acids - малые интерферирующие рибонуклеиновые кислоты; мы решили использовать для этих заметок англоязычное сокращение термина, так как соответствующая русская аббревиатура пока не является общепринятой - прим. автора).

С открытием siRNA - интерференции стало ясно, что этот феномен может иметь огромное практическое значение.

Почему же именно малые РНК вызвали столь бурный всплеск интереса? Ведь в распоряжении биологов имеется целый набор других молекул и других методов, позволяющих заставить ген "замолчать": от антисмысловых олигонуклеотидов и химических блокаторов до возможности "выключить" ген во всем организме путем внесения необходимой мутации в зиготу (оплодотворенную яйцеклетку). Ответ на этот вопрос мы найдем, познакомившись с их структурой и свойствами более детально.

В класс малых РНК включают молекулы, содержащие от 20 до 300 нуклеотидов. За эффект РНК - интерференции отвечают самые короткие из них - siRNA, состоящие всего из 21-28 (у млекопитающих из 21-23) нуклеотидов. Особенностью этих молекул является то, что они, в отличие от большинства других клеточных РНК, состоящих всего из одной цепи нуклеотидов, являются двунитчатыми. Нуклеотиды с противоположных нитей (цепей) siRNA спариваются друг с другом по тем же законам комплементарности, которые формируют двунитчатые цепи ДНК в хромосомах. Кроме того, по краям каждой из цепей siRNA всегда остается два неспаренных нуклеотида (см. рисунок 1).

Структуру siRNA определили, выделив их из клетки. Но как siRNA появляются в клетке, например, после введения дополнительной копии гена, как это было в случае с петунией? Очевидно, в клетке должен существовать некий молекулярный механизм, который обеспечивал бы синтез siRNA, их накопление в клетке и позволял бы им выключать гены. Исходя из этих предположений, а также теоретически определив круг наиболее вероятных участников процесса РНК - интерференции, ученые приступили к поиску реальных компонентов, отвечающих за ее исполнение. И хотя все детали этого процесса до сих пор неизвестны, один из главных бастионов был взят: ученым удалось выявить систему ферментов , которая во многом схожа у всех многоклеточных и некоторых одноклеточных организмов. Вот как она выглядит на схеме:

sirna.jpg
Рис. 1. Механизм работы siRNA в клетках растений и животных (пояснения - в тексте).

Если молекула siRNA по тем или иным причинам (например, по воле исследователя) появляется в клетке, ее сразу же "берет в оборот" специальная клеточная система белков, для которых появление siRNA является сигналом к немедленному действию.

На первом этапе с молекулой siRNA связываются белки-ферменты хеликаза и нуклеаза (см. этап 1 на рисунке), формируя комплекс RISC (RNA-induced silencing complex; silence - англ. молчать, замолкать; silencing - замолкание, так в англоязычной и специальной литературе называют процесс "выключения" гена). Хеликаза раскручивает нити siRNA, в результате чего они расходятся (этап 2). Одна из этих нитей, к которой прикреплен фермент нуклеаза, может теперь связаться с комплементарным (строго соответствующим ей) участком однонитчатой мРНК (этап 3), позволяя нуклеазе разрезать ее. Разрезанные же участки мРНК подвергаются действию других клеточных РНКаз , которые до-разрезают их на более мелкие куски (этап 4).

Итак, основная "специальность" siRNA в клетке - это блокирование тех генов, которые соответствуют одной из цепочек внутри siRNA. Но зачем механизм РНК - интерференции существует в клетках? Какие процессы призван регулировать? Что собой представляют те мРНК, на которые направлено жало малых РНК, и почему их необходимо уничтожать?

Это - тема следующей части рассказа о малых РНК.

Сергей Григорович

Далее...


Написать комментарий
 Copyright © 2000-2015, РОО "Мир Науки и Культуры". ISSN 1684-9876 Rambler's Top100 Яндекс цитирования