«Мусорная» ДНК на самом деле не мусорная. Как микроРНК помогут науке уже в ближайшее время
Лауреатами Нобелевской премии 2024 года по медицине и физиологии стали Виктор Эмброс и Гэри Равкан «за открытие микроРНК и ее роли в посттранскрипционной регуляции генов». Почему это важно.
Хранитель генетической информации в наших клетках — молекула ДНК. Чтобы эта информация генетически реализовалась, то есть, чтобы клетка могла функционировать, определенные фрагменты молекулы ДНК транскрибируются — с них считывается другая молекула из последовательности нуклеиновых кислот, которая называется РНК.
В геноме человека присутствует порядка 20 000 генов. Гены — это те фрагменты ДНК, которые потом считываются так называемой матричной РНК, с которой потом получаются белки. Это кодирующая часть генома, она небольшая, всего 1,5-2%. То есть то, что потом превращается в белок, строительный кирпичик для создания и работы клетки. Остальные практически 98% ДНК еще пару-тройку десятков лет называли «мусорной», то есть не очень было понятно, для чего она может служить.
Кроме того, было непонятно, каким образом в каждой клетке считываются конкретные гены, чтобы эта клетка имела определенную функцию. Ведь наши клетки в организме специализированные: существует более 300 типов различных клеток, которые выполняют специальные функции. Например, клетки кожи — понятно, они совершенно отличны от нервных клеток по своим функциям; и те, и другие отличны от клеток крови.
Что делает клетку отличной? Иная работа генов. То есть в каждой специализированной клетке, кроме «генов домашнего хозяйства», которые обеспечивают ее жизнедеятельность, работают еще какие-то гены, которые определяют ее специализацию.
Долго было непонятно, каким же образом эти гены работают в определенное время и в определенном месте. Сначала были открыты белковые молекулы, которые назвали «транскрипционные факторы». Но относительно небольшое количество этих факторов транскрипции при столь большом разнообразии функций клеток оставляло вопросы, потому что было понятно: для такого большого разнообразия должны существовать еще какие-то регуляторные механизмы, которые обеспечивают специализацию клетки. И более того — достаточно быстрый ответ клетки на внешние воздействия.
И вот оказалось, что на самом деле большАя часть этой «мусорной» ДНК, которая составляет 98% нашего генома, тоже транскрибируется — преобразуется в молекулы РНК. Причем эти молекулы РНК на сегодня известны совершенно различных функций и совершенно различных размеров. Один из классов, за открытие которого вручили Нобелевскую премию, — это так называемые микроРНК.
При их создании сначала с ДНК считывается достаточно большая молекула РНК, и она находится в ядре. Потом, постепенно выходя в цитоплазму, где происходят в основном все клеточные процессы, эта молекула РНК уменьшается до размера всего 22 нуклеотида — 22 «буквы» генетического текста. Причем, поскольку она уже присутствует в цитоплазме, реакция клетки с привлечением механизмов микроРНК может быть очень быстрой.
Эта маленькая молекула РНК, которая потом присутствует в цитоплазме, тоже регулирует определенным образом работу генов. В дальнейшем оказалось, что эта микроРНК может связываться с некоторыми матричными РНК, которые кодируют гены. Благодаря этому микроРНК либо, скажем так, чисто механически блокирует трансляцию белка, либо молекула матричной РНК из-за того, что возникает упущенный участок, просто разрушается, что тоже препятствует трансляции белка.
И это один из важнейших механизмов развития клетки: в зависимости от того, какие участки она блокирует, а какие нет, получается та или иная разновидность клетки.
На сегодняшний момент у человека обнаружено более 2500 микроРНК. Я думаю, что будут открыты новые. Каждая микроРНК может связываться со многими матричными, но и на один ген могут «приходить» несколько разных микроРНК.
Это, безусловно, фундаментальное научное открытие, поскольку это еще один механизм цепи генетической регуляции работы наших генов, но оно может помочь бороться с различными заболеваниями.
МикроРНК может быть хорошим диагностическим инструментом, поскольку они обнаруживаются не только в клетке, но и могут выходить оттуда и попадать в кровоток. Это называют «циркулирующей микроРНК». По микроРНК в крови, если сравним норму и патологию, мы увидим, что те или иные микроРНК либо в избытке, либо в недостатке. Соответственно, это может использоваться (и уже используется на определенном уровне, впрочем, не очень широко) для постановки диагноза, например, при онкологических заболеваниях.
Кроме того, портрет опухолевой клетки по микроРНК значительно отличается от портрета нормальной. И таким образом можно попробовать с помощью введения каких-то дополнительных микроРНК, либо, наоборот, — блокирования существующих микроРНК, попытаться оказать терапевтическое воздействие. И есть клинические исследования (честно говоря, очень немного), которые пытаются как раз разработать подобную технологию.
