РНК

[shvarz]

rakshas попросил рассказать о каком-нибудь новом открытии, связанном со структурой ДНК или РНК, которое бы имело большое влияние на современную науку.

Это сначала заставило меня задуматься (все таки ДНК и РНК известны уже давно), а потом я вдруг понял, о чем тут надо рассказать - о роли РНК в клетке. Для биологов тут, наверно, ничего нового не будет, зато для не-биологов это должно быть интересно.

Начать надо с того, что РНК традиционно отводилась довольно малозначительная роль в биологии. ДНК несла всю генетическую информацию, белки эту информацию претворяли в жизнь, а РНК выглядела этакой молекулой "на побегушках". Дескать, клетка не хочет по всяким мелочам беспокоить госпожу ДНК, поэтому с ДНК снимается копия (РНК) и используется для бытовых нужд.

Но эта простая схема была довольно быстро заменена на гораздо более сложную, в которой РНК не просто служила передатчиком ДНК-информации, но была также и важным шагом на пути интерпретации этой информации. С ДНК снималась копия, однако копия эта переводилась в белок не дословно, а сначала перекраивалась - отдельные куски вырезались, оставшиеся части составлялись в разных комбинациях (т.н. сплайсинг). В некоторых случаях из одного гена создавалось два совершенно разных белка, не имеющих друг с другом ничего общего.

Следующее же открытие потрясло весь мир молекулярной биологии - оказалось что РНК может катализировать биохимические реакции, и не просто реакции - а реакции модифицирующие РНК. Раньше считалось, что на это способны лишь белки. Это было вдвойне удивительное открытиие, потому что оно позволяло разрешить загадку зарождения жизни на Земле. Действительно, до этого ученые бились над вопросом, как могла зародиться жизнь, если для несения информации нужна ДНК или РНК, а для того, чтобы эту информацию копировать нужны белки (типичный пародокс "курицы или яйца")? Теперь же все встало на свои места - РНК могла возникнуть первая, потому что она могла выполнять обе эти функции. Когда же обнаружилось, что ключевой игрок в синтезе белка (рибосома) на самом деле является РНК-ферментом (рибозимом), а белок там выполняет лишь вспомогательную функцию, то возбуждению ученых не было предела! В 1986 году была предложена теория "мира РНК" - мира на заре зарождения жизни, состоящего только из самовоспроизводящихся РНК молекул.

С тех пор страсти немного улеглись, в немалой степени потому, что настоящих рибозимов в природе было найдено не так уж много. Было найдено очень много рибопротеиновых комплексов (состоящих из РНК и ДНК), но оказалось что РНК в них выполняет лишь второстепенную функцию - находит субстрат для реакции и располагает комплекс в правильной ориентации, а катализ осуществляется белковой частью. Это, однако, не делает теорию "мира РНК" менее вероятной - вполне логично предположить, что когда РНК "придумала" как пользоваться белками, то передала каталитические функции им, как (бесспорно) более разнообразным и эффективным помощникам. Интересно, что с тех пор были также открыты РНК, которые умеют "чувствовать" концентрацию важных элементов внутри клетки и при необходимости включать или выключать экспрессию генов, ответственных за метаболизм этих элементов (рибосвитчи).

Недавние же РНК-связанные открытия открыли нам глаза не на происхождение жизни, а на эволюцию высших организмов. Если мы посмотрим на геном мухи-дрозофилы, то увидим, что в нем всего в два раза больше генов, чем в бактерии. Как это может быть? Как такой сложный организм может быть описан таким маленьким количеством генов? Вообще, если посмотреть на самые разные организмы, то можно увидеть, что между сложностью организма и количеством генов нет никакой корреляции. Было очевидно, что ученые чего-то не учитывали. Оказалось, что мы не учитывали они то, что всегда считалось "мусором" в ДНК - гены, которые копируются в РНК, но не кодируют никакие белки. Раньше считалось, что это остатки от бывших генов - деффектные копии, которые остались в геноме, но не играют никакой роли. На самом же деле эти гены кодируют очень важные регуляторные РНК. Эти РНК могут включать и выключать гены и между ними постоянно идет обмен информацией о том, что они делают. Если мы взглянем на ту же дрозофилу свежим взглядом, то увидим, что количество таких "генов регуляторных РНК" минимум в два раза превышает количество "обычных" генов, которые кодируют белки. И информация с этих генов считывается существенно чаще. На самом деле всего 2% всей РНК создаваемой в клетке кодирует белки. Отсюда можно сделать вывод, что сложность организма определяется не тем, сколько разных белков он имеет, а тем, как он с этими белками обращается.

Все, наверно, слышали о том, что генетически шимпанзе отличается от человека всего на 1%. Но это сравнение было сделано лишь для генов, кодирующих белки. Если же сравнить геномы полностью (что сейчас возможно, потому что уже есть почти полная версия генома шимпанзе), то эта разница увеличится до 4-5%. То есть отличаемся мы от них в основном той ДНК, которая не кодирует белки. Вполне возможно, что основные и самые важные отличия лежат в не-кодирующей РНК. В ближайшем будущем мы это должны узнать.

P.S: На самом деле очень большая часть различий между геномами человека и шимпанзе обусловлена встройками в ДНК геномов ретровирусов (да-да, родственников HIV). Так что не менее вполне вероятно и то, что вирусы сделали нас разумными :) Но это уже совсем другая история.

Comments

[ygam.livejournal.com]

Очень интересно.

[shvarz.livejournal.com]

Спасибо.

[hedin-hiervard.livejournal.com]

Действительно, очень интересно и познавательно, большое спасибо.

[shvarz.livejournal.com]

Спасибо за комплимент.

[go-away-bird.livejournal.com]

спасибо!
даже совсем не-биологам понятно и интересно!

[shvarz.livejournal.com]

Цель достигнута!

[http://users.livejournal.com/_kleptos_/]

Интересно.
Так как вы принимаете реквесты на посты, то пользуясь случаем хотел-бы прочитать что-нить про мозг.

[shvarz.livejournal.com]

Хороший вопрос. Я, кстати, и сам был бы не прочь почитать что-нибудь про мозг :) Если время будет - постараюсь.

[elliealfa.livejournal.com]

Спасибо!

[shvarz.livejournal.com]

Рад, что вам нравится :)

[lunarrainbow.livejournal.com]

Расскажите пожалуйста как-нибудь про различные "малоизвестные" механизмы передачи наследственной информации, например с помощью той же РНК.
И про встраивание ретровирусов в геном :-)

[shvarz.livejournal.com]

Хорошо, посмотрю.

Такой длинный список уже набирается, что недели, похоже, не хватит :)

[worldtensor.livejournal.com]

У меня есть совсем простой вопрос. Зачем шимпанзе и человеку вообще нужны разные белки? Мне представлялось, что мы (вообще все млекопитающие, например) сделаны из одного материала, только собранного по разному. Если б это было так, гены, кодирующие белки могли бы вообще быть идентичны, и вся разница была бы в том, как организм "с этими белками обращается".

[shvarz.livejournal.com]

Дело не в том, что белки "нужны" разные, а в том, что они имеют свойство меняться со временем. Меняться они могут по разным причинам - случайные мутации постепенно меняют белки, гены борющиеся с болезнями меняются в ответ на инфекции (которые разные для разных организмов), оптимизация функции белка может идти разными путями. Многие белки, выполняющие очень важные функции в клетке, практически не менялись в процессе эволюции и почти идентичны у нас и у, например, крокодилов.

[rakshas.livejournal.com]

Не все понял (надо бы повторить школьный уровень), но спасибо.

[shvarz.livejournal.com]

А что не понял? Я и так вроде старался без терминов...

[rakshas.livejournal.com]

В целом я понял естественно пост, но не на особо глубоком уровне.

"Когда же обнаружилось, что ключевой игрок в синтезе белка (рибосома) на самом деле является РНК-ферментом (рибозимом), а белок там выполняет лишь вспомогательную функцию, то возбуждению ученых не было предела!"

А вот этой фразы я, например, не понимаю вовсе.

Зато я понимаю, что мне надо прочитать какой-то базовый курс по биологии. Где подробно расскажут все с самого начала :)

[shvarz.livejournal.com]

РНК кодирует белок. Процессом считывания этой информации и созданием соответствущего белка занимается специальный комплекс - рибосома. Сама рибосома состоит из белков и РНК. Так вот собственно функциональная часть этого комплекса (часть, которая считывает информацию и осуществляет химическую реакцию присоеднинения одной аминокислоты к следующей) - РНК. Белок в рибосоме играет лишь вспомогательную роль. То есть теоретически можно представить себе ситуацию, в которой белки отсутствуют вообще, а существует лишь РНК, которая сама по себе может взять и создать белок.

[shvarz.livejournal.com]

Советую посмотреть зарубежные (переводные) учебники уровня колледжа, с большими красивыми картинками :)

В частности есть очень хорошая книжка "Гены" Льюина, она начинает с азов, но у нее довольно крутая learning curve.

RNA

[(Anonymous)]

Не разделяю вашего оптимизма насчет вклада РНК в начало жизни.
Она ведь крайне нестабильна и проблема состоит даже не в получении популяции РНК, а в получении популяции нуклеотидов. Потом, если проанализировать труды Оргелла, то окажется, что саморепликация РНК - миф.
Ну и третье - вы сами уже сказали, что ферментативных функций у нее практически нет. То есть ценности как таковой для протоклетки нет. Да и информации на ней неоткуда появиться.

Re: RNA

[shvarz.livejournal.com]

Разве я где-то высказал оптимизм? Я лишь указал на теоретическую возможность существования мира РНК и на то, что такой мир позволяет избежать вопроса одновременного возникновения белков и РНК. На мой взгляд сегодня нет теории, которая бы ближе подошла к вопросу возникновения жизни. Это не означает, что эта теория верна, но на безрыбьи и рак рыба.

P.S: Я не люблю анонимов. Даже если у вас нет ЖЖ, будьте добры - представляйтесь.

[kit58.livejournal.com]

Спасибо за очень доступное объяснение. Ко мне тут заглянул "коллега" с вопросами об РНК, так я ему просто распечатал ваш пост. Лучше мне не расказать. Тем более что я не совсем в курсе.