Портал создан при поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям.

Нобелевские премии 2006 года. Заглушки для РНК

Кандидат химических наук О. БЕЛОКОНЕВА.

В начале 90-х годов прошлого столетия биологи проводили эксперимент: они встраивали в ДНК петунии дополнительный ген красного пигмента, чтобы лепестки приобрели более интенсивный цвет. Вопреки ожиданиям трансгенные цветки не только не порадовали исследователей яркой окраской, но потеряли цвет совсем, став белыми. Эксперимент впервые продемонстрировал научному миру явление, которому уже через несколько лет было суждено совершить революцию в экспериментальной науке о геноме. Феномену, впоследствии названному РНК-интерференцией, нашли объяснение американские ученые Эндрю Фаер и Крэйг Мелло, получившие за свое открытие Нобелевскую премию по физиологии и медицине. Раскрыть секрет появления на свет петунии-альбиноса помогли черви-нематоды. Десять лет назад молекулярные биологи Эндрю Фаер и Крейг Мелло изучали, как функционирует ген мышечного белка. Для этого они вводили в организм нематоды информационную РНК, которая служит матрицей для синтеза мышечного белка внутри клетки. Предполагалось, что инъекция РНК вызовет повышение продукции мышечного белка. Тем не менее никакого изменения двигательной активности у нематоды исследователи не обнаружили. Когда же ученые попробовали ввести одновременно РНК и анти-РНК, червяк неожиданно начал биться в судорогах. Подобные телодвижения у нематод наблюдаются при выключении гена мышечного белка, то есть когда мышечный белок не синтезируется в клетках совсем.

Научного объяснения наблюдаемому феномену не было. Известно, что РНК и анти-РНК "нейтрализуют" друг друга, образуют прочную двухцепочечную молекулу. Казалось бы, мышечная активность червя не должна была измениться. Однако после серии красивых экспериментов Фаер и Мелло пришли к выводу, что молекулы двухцепочечной РНК способны "выводить из строя" соответствующую РНК, по которой синтезируется белковая молекула. Нет РНК - не образуется и белок. Причем инъекция даже ничтожного количества двухцепочечной РНК способна полностью прервать процесс синтеза белка в клетке. Так был открыт феномен РНК-интерференции, который теперь принято обозначать аббревиатурой "РНКи".

Механизм РНК-интерференции вкратце можно описать следующим образом. Короткая двухцепочечная молекула РНК, по своему генетическому коду идентичная информационной РНК, по которой синтезируется белок, расщепляется ферментами на две цепочки. Одна из них, "смысловая", не участвует в дальнейшем каскаде превращений, а другая, "антисмысловая", анти-РНК в комплексе со специальным белком прикрепляется к молекуле РНК. После присоединения такой молекулярной "заглушки" РНК становится уязвимой для действия ферментов и разваливается на неактивные фрагменты. Интересно, что просто добавление анти-РНК не приводит к "выключению" синтеза белка: анти-РНК выступает в качестве глушителя информационной РНК только в виде двухцепочечной молекулы, в комплексе со "смысловой" РНК.

Впервые в процессе эволюции РНК-интерференция возникла у растений как защита от вирусов. В ответ на вторжение чужеродной РНК растения начинают вырабатывать короткие двухцепочечные молекулы РНК, разрушающие РНК вируса. Так что короткие двухцепочечные РНК у растений - самая древняя иммунная система на Земле, сохранившаяся до наших дней у всех живых существ, включая человека. В свете открытия Фаера и Мелло стало возможным объяснить и эксперимент с петуниями-альбиносами. Иммунная система петуний ошибочно приняла РНК красного пигмента за вирусную РНК и включила систему защиты. В результате в клетках образовались двухцепочечные РНК, специфичные к РНК пигмента, что привело к разрушению всех молекул информационной РНК пигмента и соответственно к полному обесцвечиванию цветков.

РНК-интерференция играет важную роль не только в иммунной защите, но и в регуляции синтеза белка у всех организмов: молекулы РНК в клетке могут образовывать короткие двухцепочечные молекулы, способные блокировать синтез того или иного белка.

Свое открытие ученые опубликовали в журнале "Nature" 19 февраля 1998 года. Статья положила начало настоящему научному буму: ведь теперь для того, чтобы прекратить синтез любого белка в клетке, достаточно просто ввести раствор двухцепочечной РНК, соответствующей генетическому коду этого белка. С помощью такого мощного универсального инструмента, выключая гены поодиночке и группами, можно определить функции всех генов в геноме любого живого организма, включая человека.

Но и это не все. РНК-интерференция сулит человечеству избавление от болезней, которые связаны с выработкой того или иного дефектного белка. Теоретически, стоит только больному ввести двухцепочечную РНК, специфичную к РНК "неправильного" белка, как больной выздоровеет. Возможно, подобное чудо исцеления произойдет очень скоро, ведь последние эксперименты по выключению синтеза некоторых белков в клетках человека прошли успешно. Например, ученым удалось таким образом заблокировать ген, отвечающий за высокий уровень холестерина. Сейчас медики идут по пути совершенствования метода РНК-интерференции для борьбы с вирусными инфекциями, сердечно-сосудистыми заболеваниями, раком, эндокринными заболеваниями и многими другими опасными недугами.


Случайная статья


Другие статьи из рубрики «Наука. Вести с переднего края»

Детальное описание иллюстрации

Схема эксперимента Фаера и Мелло. Известно, что "выключение" гена мышечного белка вызывает у червя-нематоды Caenorhabditis elegans сильные конвульсии. Введение одноцепочечных фрагментов РНК (как "смысловой", так и "антисмысловой" РНК), кодирующей этот белок, не приводит к изменениям в двигательной активности червя. И только после инъекции комплекса РНК - анти-РНК нематода начинает биться в судорогах.
Механизм РНК-интерференции. Длинная молекула двухцепочечной РНК расщепляется ферментом Dicer на короткие фрагменты. Затем две цепочки РНК расходятся, "смысловой" участок в дальнейших превращениях более не участвует, а "атисмысловой" фрагмент в комплексе с белком RISC связывается с участком информационной РНК, кодирующей определенный белок. После этого молекула РНК разваливается на мелкие кусочки и полностью теряет свою активность. В результате синтез белка в клетке прекращается.