Страница 21 из 41
«Дайсер» (вверху под двойной цепью РНК) и расщепление и-РНК с помощью малой РНК и комплекса РИСК (справа), а также синтез двуцепочечной РНК с помощью РНК- зависимой РНК- полимеразы (РзРп). Объяснение всех этих сложных манипуляций — в тексте.
Разочарованные эдаким афронтом биологи попытались получить с паршивой овцы хоть шерсти клок и стали копировать с выделенных из клеток РНК-гены. Так в общем-то случайное открытие в области вирусной онкологии стало основой всей современной биотехнологии, а в конечном итоге привело и к прочтению генома человека. Но об этом мы уже неоднократно рассказывали...
Так в переводе на современный язык выглядело бы название статьи академика В.А. Энгельгардта «Нуклеиновые кислоты — снова в трех измерениях». В ней, а также и изустно, наш патриарх молекулярной биологии рассказывал о расшифровке трехмерной структуры первой транспортной РНК, которая «транспортирует», то есть переносит в рибосому аминокислоту, благодаря чему осуществляется синтез белка.
Открытие было удивительно тем, что с 1953 года мы привыкли к двуцепочечности ДНК, а про РНК знали, что она одноцепочечная. Но, оказывается, РНК может самоизгибаться на себя и образовывать двуцепочечные участки. А с конца у нее свисают четыре нуклеотида. Дважды нобелевский лауреат Фред Сэнджер, вспоминая в связи с пятидесятилетним юбилеем ДНК удивительные дни начала молекулярной биологии, писал о том фуроре, который произвела расшифровка последовательности этой четверки. К 1978 году был расшифрован первый геном вируса из пяти тысяч нуклеотидов, а теперь счет идет на миллиарды, то есть объемы «чтения» увеличились в миллион раз!
Реклама интерферирующей РИН, созданной для борьбы с раком
А в самом начале восьмидесятых всю биологию потрясла весть о том, что РНК обладает самопроизвольной энзиматической активностью. Томас Чек выделил небольшие РНК, которые, подобно мифическому Уроборусу древних греков, «берущему себя за хвост», изгибаются и сами себя «перекусывают». И это в среде без каких бы то ни было следов присутствия белка. Нужно только присутствие металлических ионов, например того же магния или кальция.
Новые РНКовые соединения получили название «рибо-зим», то есть РНК-энзимы. Особо популярным ри~ бозимом оказался «молотобоец», имеющий форму металлического колуна на древке.
Не будем утомлять читателя квантовыми сложностями, заметим лишь, что рибозимы могут выступать не только в рибонуклеазной, то есть расщепляющей ипостаси, но также и «сшивающей», то есть РНК-полимеразной. Такие ферменты замыкания нуклеотидной связи получили название «лигазы» (от латинского «лига» — союз, связка, узы).
Вот тут-то бы ученым и задуматься да пораскинуть мозгами. Да кому нужны были эти РНК! Биологи бросились «считывать» геном человека, под который Уотсон вновь «выбил» огромные ассигнования у конгресса США. Но не все забыли об РНК. Л. Оргел из Биологического института в калифорнийском Сан-Диего вместе с Криком занялись разработкой проблемы панспермии, то есть космического расселения жизни. В своем продолжении идеи Вант-Гоффа они опирались на единство генетического кода у всех организмов Земли.
В какой-то мере идея опирается на экспериментальные данные. В конце 2002 года журнал «Нейчур» поместил статью о получении рибозима, состоящего всего лишь из двух букв генетического кода.
Автор статьи Дж. Ридер, работающий в том же институте Скрипса, где долгие годы изучал проблемы мозга Крик, считает, что на первых этапах эволюции химических систем очень трудно было поддерживать четырехбуквенные рибозимы. Их же искусственная система из пурина и урацила «сшивала» две молекулы РНК с катализируемой скоростью в 36 тысяч раз больше фоновой. Может, и вправду рибозимовые лигазы стояли у истоков жизни?
Ясон, увлекший за собой в далекую Колхиду на поиски золотого руна своих друзей, действительно был рисковым парнем. То же можно сказать и об ученых, которые идут по неведомым дорожкам новых биотехнологических возможностей, получая и находя часто вовсе не то, что хотели и надеялись открыть.
Есть классический объект генетики растений под именем всем знакомой петунии. Окраска ее лепестков регулируется одним геном, наследование изучено вдоль и поперек. Эдакая дрозофила ботаники. Вот на этой- то дрозофиле и экспериментировали последователи «нового смелого мира».
Суть опыта заключалась во внесении дополнительных копий гена окраски. Мыслилось получить не розовые цветы, а чуть ли не черные (как это делают с тюльпанами). Но, к удивлению создателей нового ботанического Голема, петунии получились... бесцветные, то есть белые.
Анализ активности гена показал, что никакой активности не было. Гены в виде ДНК были, а вот их информационных копий (и-PH К) не было.
Когда об этом сообщили ботаники, за дело взялись «червячники». Есть такой круглый червячок — нематода — длиной-то всего лишь один миллиметр, который состоит из тысячи клеток. С. Бреннер еще в далекие шестидесятые годы распознал его генетический потенциал. Сегодня геном «кэнорабдитис элеганс» прочитан, поэтому быстро прикинуть на черве идеи не составляет труда. В общем, у червячка оказалось все то же самое.
Но в течение почти десяти лет это явление считали привилегией низших организмов. Оно получило название «интерференция» и было скопировано с известной интерференции вирусов. Еще с пятидесятых годов было известно, что вирусная атака клеток ведет не только к их гибели, но и к передаче другим клеткам сигнала об опасности. Потом в клетках выявили белок, получивший, естественно, название «интерферон». Интерференция, таким образом, мешает распространению вирусной инфекции.
Было также известно, что введение в клетки кусков нуклеиновой кислоты длиной более тридцати букв-нуклеотидов включает в их цитоплазме мощный интерфероновый ответ, блокирующий весь белковый синтез. При этом часто в экстрактах, особенно ядерных, обнаруживалась всякая РНКовая мелочь размером в какие-то 19 — 22 нуклеотцда (нт). Но от нее отмахивались, считая эти супермалые РНК продуктом распада более крупных.
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 поя руководством Томаса Тушля, открывшая РНК-интерференцию в клетках млекопитающих.
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.