Ученые из России нашли ошибку в главной догме молекулярной биологии

Российские биологи обнаружили, что краеугольный камень современных представлений о жизни клеток, триада «ДНК-РНК-белок», работает не так, как считали ученые в последние пятьдесят лет, говорится в статье, опубликованной в журнале Scientific Reports.

«Когда ученые обнаружили, что эукариотические гены могут подвергаться альтернативному сплайсингу, то предположили, что за счёт 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 живут и работают 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 изменит то, как будет работать молекула белка, которую она кодирует.

Фесенко и его коллеги изучали то, 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 этого мха, для чего они подвергали его действию различных стрессовых факторов – недостатка воды, света и нутриентов.

Российские ученые нашли ошибку в ключевом принципе современной молекулярной биологии.

Достаточно быстро стало понятно, что альтернативный сплайсинг влиял на поведение клеток не так сильно, как это предсказывала теория, и изменения в структуре РНК не так сильно влияли на белковое содержимое клетки, как 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 изначально не поверили в то, что написали российские исследователи и предположили, что те 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 разных «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. 

Источник: https://news.rambler.ru

13.06.2017