Долгое время учёные считали, что рибонуклеиновая кислота работает исключительно внутри клеток. И хотя существование внеклеточной РНК в крови было установлено еще в конце 1960-х годов, такие молекулы считали «мусорными» — побочным продуктом, образующимся в результате гибели клеток. Но в 2007 году группа шведских учёных под руководством Хади Валади совершила поистине революционное открытие. Они смогли доказать, что клетки систематически и целенаправленно обмениваются РНК, которая остается функциональной после завершения передачи, регулируя синтез белков и выполняя другие задачи.
Современная наука знает, что процесс РНК-опосредованного межклеточного взаимодействия может проходить по-разному. Давайте коротко обозначим главные способы передачи молекул РНК:
- Внеклеточные везикулы. Везикулы — это маленькие пузырьки, окруженные липидной мембраной, которая обеспечивает защиту от агрессивного воздействия внешней среды. Самым распространенным и одновременно мельчайшим подобным «транспортом» являются экзосомы, которые подходят для передачи отдельных РНК и их комплексов. Эктосомы, или микровезикулы, гораздо крупнее — они могут переносить целые скопления молекул. Также существуют апоптотические тельца — самые объемные внеклеточные везикулы. Они возникают в результате контролируемой гибели клеток, апоптоза. Помимо РНК, они содержат остатки ДНК и фрагменты органелл, например, митохондрий, которые поглощаются другими клетками.
- Белковые комплексы. Молекулы микроРНК, в полимерную цепь которых входит в среднем 22 нуклеотида, могут перемещаться по организму без мембранных пузырьков. Их защитную функцию берут на себя белки. Например, в плазме крови РНК может существовать, будучи «спрятанной» внутри белкового комплексом Argonaute 2. Именно он не допускает разрушения рибонуклеиновой кислоты ферментами. Кроме того, передачу могут обеспечивать липопротеины высокой плотности, известные как «хороший» холестерин. РНК прилипает к их внешней поверхности, которая играет роль «маскировки» во внешней среде.
- Туннельные нанотрубки. Весьма необычный способ передачи РНК основан на том, что клетки не просто отправляют их через среду, а строят между собой изолированные «мостики». Туннельные нанотрубки могут достигать впечатляющей для микромира длины — до 300 микрометров (мкм). Для сравнения, общая длина цепи крупной матричной (м) РНК составляет 0,7 мкм, а в свернутом виде её молекула имеет диаметр всего около 0,01 мкм. Такие туннельные системы делают возможной передачу РНК в твёрдой или плотной гелевой средах организма — в тканях, где нет свободного течения жидкости.
Чаще всего между клетками передаются малые некодирующие РНК, в частности микроРНК. Попадая в соседнюю клетку, эти крошечные молекулы работают как «выключатели», связываясь с местными мРНК и блокируя синтез определённых белков. Часто это происходит в рамках активации иммунной системы. Бывает так, что пораженная вирусом клетка уже не может спасти себя, однако в последние секунды она продолжает выделять экзосомы и белковые комплексы с микроРНК. Принимая их, соседние клетки получают способ закрыть доступ через свои мембраны, а также инструменты для уничтожения вирусных РНК.
В начале статьи мы упоминали о небольших цепочках, которые в прошлом считались внеклеточным «мусором». Речь идёт об отдельных фрагментах транспортных (т) и рибосомных (р) РНК. Кусочки тРНК напрямую связываются с рибосомами, принудительно останавливая синтез белка, а в отдельных случаях даже могут проникать в ядро клетки и экстренно выключать гены. Фрагменты рРНК служат универсальным сигналом тревоги — их скопление свидетельствует о массовой гибели клеток, благодаря чему организм запускает локальное воспаление для заживления тканей.
В редких случаях клетки могут напрямую передавать друг другу мРНК. Принимающей клетке не нужно вмешиваться в работу своих генов — она сразу получает полноценные «инструкции» для сборки конкретных белков. Отправлять длинные матричные цепи очень энергозатратно, и это происходит только в исключительных случаях. Например, когда клетка сосуда гибнет во время инфаркта, её выжившие соседи начинают массово рассылать мРНК белка VEGF — фактора роста эндотелия. Кроме того, очень активно делятся своими мРНК клетки плаценты во время беременности. Они перестраивают метаболизм матери так, чтобы больше питательных веществ уходило плоду.
Автор текста Иван Стефанов
Изображение: Magnific
