Страница 7 из 316
Свободные нуклеотиды присоединяются к своим партнерам на ДНК с помощью специального фермента – РНК-полимеразы, – который также выполняет и их полимеризацию – продольную сшивку. Процесс перевода генетической информации с языка ДНК на язык РНК называется
транскрипцией
. Чтобы вы не запутались в транскрипциях-трансляциях, мы нарисовали общий рисунок 1–1, где показаны эти два процесса вместе.
Интерлюдия о геноме
Велик и знаменателен оказался для котов год по Рождеству Христову 2007-й, от начала же геномной революции седьмой. Был он обилен открытиями, главное же из которых – расшифровка кошачьего генома
11
. И стала в тот год кошка седьмым по счету видом млекопитающих, после человека, шимпанзе, мыши, крысы, собаки и коровы, который смог похвастаться “прочитанным”, или
секвенированным,
геномом.
Геном организма – это совокупность его ДНК, его генетический багаж. Этот багаж уложен в отдельные чемоданы – хромосомы, которые представляют собой сложные комплексы из ДНК и упаковочных белков. Хромосомы отличаются друг от друга по размерам и расположению плотно и рыхло упакованных районов. Активные гены, как правило, находятся в рыхло упакованных районах. Это облегчает доступ к ним определенных ферментов, о которых мы поговорим позже.
Донором ДНК для полной расшифровки генома стала четырехлетняя абиссинская кошка по кличке Корица (англ.
Ci
). Корица вместе с несколькими другими кошками жила в колледже ветеринарной медицины при Университете Миссури. Она была застенчивой и робкой и предпочитала тихо сидеть в сторонке, пока другие кошки веселились и играли. Судьба выдала ей редкий шанс, и теперь имя Корица навсегда вписано в историю изучения генома домашней кошки.
Что значит прочтение или секвенирование генома? Это определение последовательности нуклеотидов в ДНК всех хромосом. Еще 20 лет назад секвенирование генома было сложным, долгим и финансово довольно затратным мероприятием, которым могли заниматься только очень большие группы ученых. Сейчас секвенирование вашей любимой породистой кошечки обойдется в 2–3 раза дешевле самой кошечки, а сделать это сможет почти любой магистрант– или аспирант-биолог
[6]
[Мы такими вещами не занимаемся, поэтому, пожалуйста, не посылайте нам запросы на секвенирование ваших котов.]
.
После прочтения генома (секвенирования) Корицы выяснилось, что у кошек есть 19 587 генов, кодирующих белки. А также 9438 некодирующих
[7]
[В кодирующих генах закодирована последовательность аминокислот в белке, в некодирующих, соответственно, такой информации нет.]
генов, которые отвечают за производство “некодирующих” (нкРНК). С некоторыми типами нкРНК вы уже знакомы. Это рибосомные РНК, которые входят в состав рибосом, и транспортные РНК, которые доставляют аминокислоты для синтеза белка.
Особую роль в тонкой (громче/тише) “настройке” активности генов играют сайленсеры (от англ.
silence
– “молчание”) и энхансеры (от англ.
enhance
– “усиливать”). Как следует из названий, сайленсеры подавляют синтез белков, а энхансеры – его усиливают. Эти короткие (50–1500 пар нуклеотидов (п. н.)
[8]
[Так как ДНК – это двухцепочечная молекула, то ее длина указывается в парах нуклеотидов.]
) последовательности могут располагаться как рядом, так и очень далеко от гена, работу которого они регулируют. Прелесть их в том, что они тканеспецифичные, т. е. каждый такой элемент работает только в определенном месте организма и в определенный момент времени.
Благодаря всем этим регуляторам клетки в разных органах и тканях, имея один и тот же геном, выглядят по-разному и выполняют разную работу. Пигментная клетка кожи вырабатывает пигмент, нервная клетка передает импульсы, а мышечная клетка сокращается. Регуляторные РНК, сайленсеры и энхансеры как раз для того и нужны, чтобы в разных тканях выключать и включать определенные гены.
Кроме генов, кодирующих белки и нкРНК; энхансеров; сайленсеров и прочих полезных вещей, в геноме кошки, человека и других позвоночных находится огромная куча генетического “мусора”, среди которого можно найти кладбище погибших кораблей.
Под “кладбищем” имеются в виду псевдогены – нефункциональные генные останки, “сломанные” мутациями. Их у кошки насчитывается 494 штуки. Чаще всего – это копии нормальных белок-кодирующих генов. Вредные мутации их “сломали” и РНК с белком с них больше не синтезируются. В псевдогенах со временем накапливается все больше и больше мутаций, так что их сходство с работающими двойниками постепенно теряется. Псевдогены могут выглядеть как нормальные гены, но их выдает отсутствие функциональных промоторов – стартовых площадок транскрипции.
К этой же потенциально “мусорной” группе относятся следы деятельности геномных паразитов –
ретровирусов
. Это особая группа вирусов, которая научилась встраиваться в геном хозяина, притворяясь частью хозяйской ДНК. Сами ретровирусы и их обломки составляют примерно треть кошачьего генома. Это много, но все же меньше, чем у человека, у которого они занимают до половины всего генома. О них мы поговорим подробнее в главе 2.
Интерлюдия об интронах и экзонах
Если у кошек есть 19 587 генов, кодирующих белки, то значит ли это, что в клетках кошек есть 19 587 разных белков? Нет! Белков у кошек (и всех остальных организмов) гораздо больше, чем белок-кодирующих генов. Откуда они берутся? Из кройки и шитья РНК белок-кодирующих генов. В начале каждого гена расположен промóтор – специальный участок – “вертолетная площадка”, на которую садится фермент РНК-полимераза и начинает синтезировать РНК. В конце каждого гена расположен терминатор – последовательность нуклеотидов, которая сигнализирует РНК-полимеразе, что синтез РНК пора заканчивать.
Что находится между промотором и терминатором? Там находится самое интересное: чередующиеся участки двух типов: экзоны и интроны. В экзонах закодирована по частям аминокислотная последовательность белка. Интроны, как правило, ничего не кодируют. В процессе созревания из РНК вырезаются все интроны, а экзоны сшиваются вместе, и получившаяся молекула становится мРНК, которая потом идет в рибосомы и используется там для трансляции.