Внутри клеток организма человека, равно как и других живых существ, непрерывно происходят тысячи практически идентичных процессов, составляющих экспрессию генов. Их можно разделить на два ключевых этапа: транскрипцию, когда создаются копии участков цепи ДНК в виде матричных (м) РНК, и трансляцию, при которой на основе этих мРНК синтезируются белки. Однако экспрессия генов не может проходить бесконтрольно, и в организме работает строгая система внутриклеточной «цензуры» — РНК-интерференция. Благодаря ей организм не допускает накопления белков до опасного токсичного уровня, отключает целые каскады генов для правильного развития эмбриона, защищает геном от опасных мутаций и предотвращает вирусные угрозы.
Подавляющее большинство молекул РНК в организме представляют собой одиночные полимерные цепи нуклеотидов. Но при интерференции ключевую роль играют двухцепочечные (дц) РНК. В обычном режиме клетка следит за тем, чтобы дцРНК не появлялись, но они всё же могут формироваться естественным образом, например, из-за нарушений в работе генов. Кроме того, рибонуклеиновая кислота в двухцепочечной форме поступает в клетку извне — при заражении вирусом. Независимо от происхождения дцРНК, её появление становится «сигналом тревоги», запускающим процесс интерференции. Он включает в себя три ключевых этапа:
- Расщепление дцРНК. Когда клетка идентифицирует аномальную или чужеродную РНК, в работу включается фермент из группы рибонуклеаз со звучным названием Dicer (прим.ред.: от англ. «to dice» — «разрезать»). Он связывается с длинной молекулой и последовательно расщепляет её на меленькие части длиной порядка 20 нуклеотидов каждая. Полученные фрагменты называются малыми интерферирующими (si) РНК.
- Формирование белкового комплекса. Короткие двухцепочечные молекулы siРНК служат маркерами для поиска угрозы, однако они не могут функционировать сами по себе. Они связываются с многофункциональным комплексом RISC, важнейшую роль в котором играют белки Argonaute (прим.ред.: их название связано не с мифами о Ясоне, а с глубоководным осьминогом-аргонавтом). Комплекс RISC расплетает siРНК, после чего одна цепь незамедлительно разрушается, а вторая связывается с Argonaute и функционирует как точный шаблон для поиска мишени.
- Ликвидация мРНК. Вместе с направляющей нитью рибонуклеотидов RISC перемещается по цитоплазме клетки и «сканирует» все расположенные там матричные РНК. Когда фрагмент siРНК встречает мРНК с комплементарной, то есть физически подходящей или зеркальной, последовательностью нуклеотидов, между ними образуется прочная связь. При полном совпадении нуклеотидов Argonaute разрезает мишень, и она быстро утилизируется клеточными ферментами. Если же звенья совпадают частично, RISC остаётся на мРНК, блокируя её связь с рибосомой. В обоих случаях ген, с которого считана целевая мРНК, оказывается выключен, и закодированный в нём белок не производится.
В ходе эволюции РНК-интерференция стала высокоэффективным механизмом защиты от вирусов. Возбудители ротавирусного гастроэнтерита, колорадской клещевой лихорадки, некоторых ОРВИ и других заболеваний при атаке на клетку используют именно двухцепочечную РНК. Кроме того, в ходе интерференции подавляются транспозоны, что интуитивно кажется нелогичным. Транспозоны — это фрагменты ДНК, которые называют «прыгающими генами». Эти элементы удаляются из одной части генома и встраиваются в другую, попутно копируя сами себя, что приводит к мутациям. Однако на этапе размножения транспозонам необходимо создавать свои РНК-копии. Как многие уже догадались, они также имеют двухцепочечную структуру, а потому испытывают на себе воздействие Dicer и RISC.
Автор текста Иван Стефанов
Изображение: Magnific
