Вокруг Света 2008 № 12 (2819) - [16]

На пути от ДНК к рибосоме записанный на молекуле РНК текст генетической инструкции подвергается редактированию: заменяются отдельные слова, вырезаются лишние абзацы — интроны. Происходит это так. Поскольку матричная РНК состоит из одной цепочки, а не из двух, как ДНК, каждый из составляющих ее кирпичиков-нуклеотидов стремится найти себе пару. Если в самой молекуле РНК есть «зеркальные» участки, они могут склеиться, образовав петлю, которая вскоре отрезается. В 2000 году было открыто, что в разных случаях могут вырезаться разные фрагменты РНК. Фото: SPL/EAST NEWS

Нетрудно было догадаться, зачем растениям был нужен такой механизм борьбы с чужим генетическим материалом. У них, в отличие от животных, нет иммунной системы с антителами, макрофагами и лимфоцитами. Поэтому внутриклеточная борьба с чужими генами стала одним из немногих доступных средств антивирусной защиты. На то, чтобы доказать это, ушло несколько лет. В 1997 году было показано, что растения, у которых в геноме обнаруживаются короткие «отрывки» вирусных генов, более устойчивы к действию этих вирусов. Ставили также и обратный эксперимент: в вирус подсаживали фрагмент растительного генетического кода, и в зараженном этим вирусом растении замедлялся синтез собственного белка.

Обрадовавшись, что в генетике, которая уже стала превращаться в прикладную науку, появилось что-то новое, микробиологи стали повсюду искать аналогичные механизмы. И нашли. В 1998 году американцы Крейг Мелло и Эндрю Файр (Craig Mello, Andrew Fire) опубликовали эпохальную статью про развитие круглого червя С.elegans. Это крошечное создание длиной около миллиметра с середины 1970-х годов исправно служит модельным организмом для исследований (оно даже может привыкать к никотину и страдать от абстиненции). Мелло и Файра интересовало, как влияет на развитие клеток посторонняя РНК. C.elegans был идеальной моделью для таких экспериментов — молекулы мРНК легко проникали в клетки из раствора, в котором просто вымачивали червячков. Вводимая извне мРНК, кодирующая один из важных белков C.elegans, слабо влияла на его синтез — слишком мала была выбранная экспериментаторами концентрация. Не действовала и зеркальная копия этой мРНК, так называемая антисмысловая РНК, в которой все буквы-основания заменены дополнительными к ним. Такая антисмысловая РНК способна соединяться со своей зеркальной парой подобно тому, как сцепляются нити ДНК. Ситуация резко изменилась, когда в той же концентрации червячкам вводили смесь смысловой и антисмысловой РНК. В растворе эти молекулы прилипали друг к другу, и образовавшаяся двухцепочечная РНК, несмотря на ничтожную концентрацию (всего несколько молекул на клетку!), почти полностью подавляла синтез соответствующего белка.

Спустя восемь лет Крейг Мелло проснулся среди ночи поправить постель своей дочери и заметил, что телефон беззвучно мигает зеленой лампой — звонок был выключен. Часы показывали 4.30. «Жена сказала, что уже снимала трубку, — вспоминал потом Мелло, — и какие-то шутники разыграли ее, будто бы я получил Нобелевскую премию. Но я все-таки ответил». Это была не шутка. Объявление шведского Каролинского института в 2006 году гласило: «Нобелевские лауреаты этого года открыли фундаментальный механизм, который контролирует поток генетической информации».

Приманка для мясорубки

Проникнув в клетку, двухцепочечная РНК попадает в жернова механизма, настроенного специально на ее обработку, о существовании которого 10 лет назад никто и не подозревал. Первым делом на вторгшуюся молекулу набрасывается шинковальная машина, аккуратно разрезающая ее на кусочки длиной в 21—23 основания. Эти кусочки получили название малой ингибирующей РНК, или siRNA. Данную аббревиатуру сегодня можно часто встретить в сообщениях о новых лекарствах для борьбы с вирусными заболеваниями и раком.

Белок, который шинкует РНК, получил название Dicer, от английского слова dice — нарезать кубиками. Открыли его целенаправленно, вычислив на компьютере структуру молекулы. Видя, что попавшая в клетку длинная двухцепочечная РНК разрушается, ученые примерно представили, как должен выглядеть фермент, приводящий к такому эффекту, затем нашли участки генома, в которых он мог быть закодирован, и в конце концов синтезировали по ним белок.

Путь от ДНК к рибосоме полон опасностей. Особые RISC-комплексы охотятся прежде всего на РНК, несущие вирусный генетический код. Свою жертву RISС-комплекс определяет по коротким фрагментам РНК — микроРНК (miR), оставшимся от прежних жертв. Но этих охотников можно нацелить и на глушение активности собственных генов клетки, если специально «подбросить» им микроРНК с соответствующими фрагментами кода. Это открывает перспективу лечения различных заболеваний, в том числе генетических. Фото: SPL/EAST NEWS

Нарезанные siRNA становятся наживкой, на которую ловятся путешествующие в клетке мРНК. С наживки снимается предохранитель — уходит одна из двух цепочек siRNA. Оставшаяся одиночная цепь заряжается в сложный белковый капкан, называемый RISC-комплексом. Матричная РНК, похожая на ту, которая разрезалась на короткие siRNA, клюет на эту приманку, оказывается в мясорубке RISC, где и разрезается на мелкие кусочки. Для синтеза белка она после этого потеряна.