Как служанка господами управляет
Кандидат биологических наук НИУ БелГУ Алексей Дейкин — о Нобелевской премии по физиологии и медицине
Нобелевская премия по физиологии или медицине 2024 года присуждена Виктору Амбросу и Гэри Рувкуну за открытие микроРНК и ее роли в посттранскрипционной регуляции генов.
На экране — Виктор Амброс (слева) и Гэри Рувкун
Фото: Reuters
На экране — Виктор Амброс (слева) и Гэри Рувкун
Фото: Reuters
Благодаря основополагающим работам Амброса и Рувкуна был открыт новый механизм управления работой генов. Оказалось, что пока белки в ядре регулируют транскрипцию и сплайсинг РНК, микроРНК контролируют трансляцию и деградацию мРНК в цитоплазме. Этот неожиданный уровень регуляции генов имеет решающее значение на протяжении всего развития животных и в клетках взрослых организмов и необходим для сложной многоклеточной жизни. В последние годы он нашел применение не только в генной инженерии, но и при разработке высокотехнологических лекарственных средств.
В основе реализации наследственной информации лежит центральная догма молекулярной биологии: «Наследственная информация передается в направлении ДНК—РНК—белок и никогда от белка к РНК». С 1957 года эта догма неоднократно дорабатывалась, но в целом осталась неизменной. Новое нобелевское открытие не меняет сути, но совершенно по-новому заставляет взглянуть на организацию механизмов хранения и прочтения наследственной информации.
Долгое время мы жили в парадигме определения Энгельса «жизнь — способ существования белковых тел.…», и даже открытие молекулы ДНК и формулирования центральной догмы не пошатнуло доминирования этой идеи. Только в 1990-е годы с нарастающим валом исследований (с решающим вкладом сегодняшних нобелевских лауреатов), касавшихся роли молекул РНК, стало понятно, что «служанка» на самом деле решает очень многое.
В серии изящных экспериментов было показано, что существует великое разнообразие микроРНК — регуляторных молекул, которые не кодируют белок.
Одни консервативны настолько, что сохранялись в геноме многоклеточных организмов на протяжении миллиарда лет. Другие видоспецифичные и, наоборот, отличают близкородственные виды, у которых разница в генах, кодирующих белки, не так и велика.
Механизм, с помощью которого микроРНК выполняет свою функцию, также наблюдается и в других случаях подавления экспрессии на основе РНК, широко известных как РНК-интерференция (РНК-и). К ним относятся малые интерферирующие РНК разных типов (миРНК). За открытие того, что двухцепочечная РНК может вызывать подавление экспрессии генов, в 2006 году вручена Нобелевская премия по физиологии и медицине.
В то время как РНК-и функционирует в основном как защитный механизм против вирусных инфекций (у растений и низших животных) и против нежелательной активности мобильных элементов генома, микроРНК осуществляют посттранскрипционный контроль над матричной РНК (мРНК), несущей последовательность белка, на протяжении всего развития и во всех типах взрослых клеток. С этой целью микроРНК развили частичную комплементарность по отношению к своим целевым последовательностям мРНК, чтобы «настроить» соответствующие эффекты на каждую мРНК-мишень, тогда как, например, миРНК часто являются экзогенными и полностью комплементарны определенным последовательностям РНК-мишени, которые расщепляются. Это еще один удивительный феномен. Оказалось, что комплементарность — полное соответствие последовательности регулирующей и регулируемой молекул РНК — справедливо только в «защитных» механизмах. Тонкая регуляция выполняется за счет неполного соответствия взаимодействующих молекул, создавая огромное многообразие таких управляющих взаимодействий.
Нобелевская премия 2024 года по физиологии и медицине заслуженно подчеркивает важность исследования фундаментальных механизмов регуляции экспрессии генов не только для науки, но и для практической медицины, поскольку раскрывает причины развития многих заболеваний и дает новые мишени для фармакологии.