Ферменты выпали из жизненного цикла

Биополимеры всех живых организмов отлично дополняют друг друга: нуклеиновые кислоты хранят наследственную информацию, а белки-ферменты, закодированные в этих последовательностях, помогают эту самую наследственную информацию воспроизводить и передавать следующим поколениям. Но, как показали Саба Валадкхан из университета Кейс-Вестерн-Резерв и ее коллеги, в некоторых случаях РНК могут «обслуживать» себя самостоятельно, катализируя один из этапов реализации наследственной информации.

ДНК–РНК--белок

Знакомая всем со школы центральная догма молекулярной биологии ДНК–РНК–белок, сформулированная Френсисом Криком в 1958 году, с того времени помогла получить не одну Нобелевскую премию, начиная с самого Крика и его коллеги Уотсона и заканчивая открытым Эндрю Файером и Крейгом Мелло феноменом РНК-интерференции.

Казалось бы, чего проще – построить информационную РНК по матрице ДНК, а потом «перевести» эту последовательность нуклеотидов иРНК в последовательность аминокислот белка.

Ричард Робертс и Филлип Шарп в 1977 году добавили еще один обязательный этап, за который в 1993 году и получили Нобелевскую премию. Ученые показали, что в эукариотическом (находящемся в ядре клетки) геноме даже в пределах одного гена существуют смысловые и несмысловые последовательности – экзоны и интроны. Поэтому прежде чем штамповать белки по образу и подобию иРНК, последнюю надо сначала разрезать, убрать все интроны, а потом сшить экзоны. Иногда порядок или количество объединяющихся экзонов может меняться. У человека такому альтернативному сплайсингу подвержено 94% генов. Реже готовая иРНК образуется из экзонов двух и более генов.

Сплайсинг, как и абсолютное большинство реакций в нашем организме, ускоряется (катализируется) ферментами, «сконцентрированными» в специальной структуре – сплайсосоме. Всего в ее состав входит до 200 различных белков и вспомогательных РНК.

Валадкхан и соавторы публикации в Proceedings of the National Academy of Sciences показали, что в некоторых случаях может быть достаточно всего двух коротких ядерных РНК (кяРНК) – U2 и U6.

Разнообразие мира РНК

Эта «самостоятельность» РНК не стала удивлением для ученых: если ДНК только «хранит» наследственную информацию, то почти вся работа по ее воспроизведению лежит на РНК и некоторых белках. Отсюда и большое количество совершенно непохожих друг на друга молекул РНК. Информационные (матричные) РНК – почти копия ДНК, транспортные РНК отвечают за доставку определенных аминокислот к синтезирующейся белковой цепочке. Есть также микро-, интерферирующие и другие типы РНК, подавляющие работу конкретных генов, и несколько отличающиеся от других рибосомальные и короткие ядерные РНК.

Последние относятся к классу рибозимов – РНК, способных катализировать химические реакции. Открытие подобных свойств Томасом Чеком и Сидни Альтманом тоже было отмечено Нобелевской премией в 1989 году -- на этот раз по химии. Впрочем, большинство описанных на данный момент рибозимов либо искусственные, либо работают вместе с белками, как это и происходит в рибосоме и сплайсосоме.

Валадкхан показала, что входящие в состав сплайсосомы короткие ядерные РНК, к которым и относятся упомянутые U2 и U6, способны разрезать и сшивать короткие нуклеотидные цепочки самостоятельно.

По своим характеристикам – местам разреза, субстрату и потребностям в ионах эта реакция похожа на традиционный сплайсинг, что вновь обостряет вопрос о «главном» элементе сплайсосомы. Безусловно, полноценная сплайсосома – гораздо более эффективный катализатор, но какой из ее элементов является ведущим, а какие вспомогательными? На этот вопрос ученым еще предстоит ответить.

Зато апологеты гипотезы «РНК-мира» получили еще один аргумент в пользу своей теории. Согласно ей в определенный момент на Земле существовала стадия жизни, в которой и хранение генетической информации, и катализ реакций осуществляли молекулы РНК -- такие же, как и описанные U2 и U6.