Большая роль малых РНК

Ведущая молекулярно-биологическая лаборатория мира сообщила сразу о двух открытиях, сделанных биологами при изучении так называемых малых, или некодирующих, РНК. Эти молекулы не несут информации о структуре белка, однако связаны с важнейшии процессами в жизни как клетки, так и всего организма. Как показали ученые из Колд-Спринг-Харбор (США), при помощи малых РНК может передаваться наследственная информация, а в метастазирующих раковых опухолях был открыт новый класс подобных молекул.

Для того чтобы пояснить суть этих открытий, необходимо обратиться к одному из важнейших процессов в жизни клетки - синтезу белка. Долгое время считалось что ДНК в первую очередь является носителем информации о структуре белка. На ее матрице синтезируется РНК (схожая по своей структуре с ДНК молекула, но не с двойной, а с одинарной спиралью и несколько иным химическим составом), котораяя переносится из ядра на специальные комплексы синтеза белка - рибосомы. Там из отдельных аминокислот собирается длинная молекула белка. Таким образом, цепочка "ДНК-РНК-белок" стала центральным постулатом молекулярной биологии.

Но после открытия механизма синтеза белка в 1970-х годах достаточно быстро было доказано, что далеко не все гены кодируют последовательности аминокислот в белках. В них синтезируется также РНК, которая не переносит информацию о будущих белковых молекулах к рибосомам. Генов, конечный продукт которых - РНК, даже больше, чем генов, кодирующих белки.

В работе, проведенной на мухах-дрозофилах, выяснилось, что одна из подобных молекул может передаваться по наследству наряду с молекулами ДНК и отвечать за способность к размножению. Короткая цепочка Piwi-РНК отключала внутриклеточный механизм, приводящий к развитию мутаций в половых клетках. Биологи сравнили Piwi-РНК с антителами в иммунной системе, наследуемая молекула стала своего рода антителом по отношению к несущим неблагоприятный признак собственным генам. Роль подобного явления в эволюционном процессе еще предстоит показать в дальнейших исследованиях.

РНК, которая сама по себе не несет информации о последовательности аминокислот, может выполнять самые различные функции. Транспортная РНК, переносящая аминокислоты к синтезирующемуся белку, была предсказана еще Фрэнсисом Криком (одним из основателей молекулярной биологии), в 1960-е годы была открыта РНК в составе рибосом - уже в центральном постулате была предусмотрена некодирующая РНК.

Но в 1967 году было сделано еще одно предположение, подтвердившиеся на рубеже 1980-х годов (Сидней Альтман и Томас Кеч получат за это открытие Нобелевскую премию в 1989 году): поскольку РНК, как и белок, принимает достаточно сложные формы, она также может являться катализатором химических реакций. А если РНК может ускорять протекание химических реакций, то и спектр ее возможностей существенно расширяется. РНК, например, получает возможность связываться с различными белками, подавляя или, напротив, усиливая уже их ферментативную активность. Что, в свою очередь, способно влиять на считывание информации с других генов, регулируя тем самым работу сразу нескольких различных белков.

Биологи, изучавшие в Колд-Спринг-Харбор метастазирующие опухоли, исследовали процесс формирования именно некодирующей РНК. Молекула после своего синтеза на матрице ДНК разрезается на две части и одна из них впоследствии переносится из клеточного ядра в цитоплазму. Как считают исследователи, этот фрагмент РНК впоследствии связывается с белками, в норме взаимодействующими с транспортной РНК и участвующими в синтезе других белков. Если открытая учеными малая РНК встает на место "законной" транспортной, то это может приводить к изменению синтеза опять не одного белка, а многих разных белков сразу.

Способность одной молекулы не только массово менять характер экспрессии генов, но и передаваться независимо от ДНК по наследству (кстати, указания на это были и раньше), означает что такая молекула может играть (и, как показывают обсуждаемые работы, играет) не менее важную роль, чем сама ДНК. В практическом отношении это дает очень богатые возможности для управления внутриклеточными процессами с высокой точностью и на фундаментальном уровне работы клеточного генома. Пока синтез искусственной РНК слишком дорог для массового производства препаратов, но первые эксперименты в этом направлении уже начаты. Малые фрагменты РНК в культуре клеток уже подавляли работу генов, вызывающих серповидно-клеточную анемию, и теоретически этот метод может работать и для других заболеваний. А знания о роли малых РНК в наследовании признаков и развитии рака помогут быстрее прийти от первых модельных экспериментов к прикладным медицинским исследованиям.