Российские биологи обнаружили, что триада "ДНК — РНК — белок", краеугольный камень современных представлений о работе клеток, взаимодействует не так, как считали ученые последние 50 лет, говорится в статье, опубликованной в журнале Scientific Reports.
"Когда ученые обнаружили, что эукариотические гены могут подвергаться альтернативному сплайсингу, то предположили, что за счет этого процесса ген может кодировать огромное количество разнообразных белков. Отчасти это верно: в любом организме есть гены, которые кодируют множество разных белковых изоформ. Но мы показали, что в целом это не так", — рассказывает Игорь Фесенко из Института биоорганической химии РАН в Москве.
Основой современных представлений о том, как функционируют клетки, является так называемая главная догма молекулярной биологии. Она представляет собой набор принципов, сформулированных Фрэнсисом Криком, первооткрывателем ДНК, в 1970 году для описания того, в какую сторону может двигаться генетическая информация внутри живых организмов.
В соответствии с идеями Крика, передача информации в биологических системах носит универсальный и односторонний характер: ДНК всех живых организмов управляет формой белков и РНК, но не наоборот, и белки не могут менять структуру РНК и ДНК, а РНК может управлять формой белков, но не ДНК. Есть небольшие исключения, связанные с вирусами, но вирусы формально не являются живыми организмами, и поэтому догма для них не исполняется.
Впоследствии ученые обнаружили, что догма работает несколько сложнее для клеток человека и других многоклеточных существ — наши гены могут содержать в себе "инструкции" по синтезу не одной, а сразу нескольких белковых молекул. Когда ядро клетки считывает ДНК и формирует молекулу РНК, последняя может быть "отредактирована" клеткой несколькими способами, и из нее могут быть выброшены различные "ненужные" части. Это радикально поменяет то, как будет работать молекула белка, которую она кодирует.
Фесенко и его коллеги изучали, как происходит этот процесс, который ученые называют альтернативным сплайсингом, в клетках одного из самых примитивных и древних многоклеточных живых организмов — мхов Physcomitrella patens.
Как рассказывает ученый, изначально его команда пыталась понять, какие функции могут исполнять альтернативные версии белков, инструкции по сборке которых есть в генах мха. Для этого они подвергали его действию различных стрессовых факторов — недостатка воды, света и нутриентов.
© Фото : пресс-служба ИБХ РАН
Российские ученые нашли ошибку в ключевом принципе современной молекулярной биологии
Вскоре стало понятно, что альтернативный сплайсинг влиял на поведение клеток не так сильно, как в теории, а белковое содержимое клетки зависело от изменений в структуре РНК слабее, чем ожидали ученые. Соответственно, можно говорить о том, что цепочка "ДНК — РНК — белок" нарушилась: изменения в структуре двух первых ее звеньев почти не сказались на работе последнего.
Как отмечает Фесенко, рецензенты статьи и редакторы журнала сначала предположили, что российские исследователи могли совершить ошибку при проведении масс-спектрометрического анализа. В открытие поверили только после того, как Фесенко и его коллеги построили компьютерную модель эксперимента и доказали, что клетки должны были содержать в себе в десятки раз больше "версий" белков, если бы альтернативный сплайсинг работал.
Теперь молекулярным биологам предстоит понять, какую биологическую функцию исполняет альтернативный сплайсинг, какова роль взаимодействий между молекулами РНК в этом процессе и как все это влияет на появление новых белковых молекул в клетке.
