Часто мы воспринимаем клетки как стабильные системы, все элементы которых работают как отлаженный механизм. В действительности же их можно сравнить с заводом без системы контроля качества, где постоянно что-то ломается, бьется и путается. Каждый день под воздействием теплового движения молекул, токсичных веществ и нарушений метаболизма возникают десятки тысяч повреждений ДНК. Исправлением этих ошибок, в основном, занимаются белки, но и рибонуклеиновая кислота выполняет свои, зачастую опосредованные, но всё же важные функции во внутриклеточном «ремонте». Мы с вами поговорим о трёх распространённых механизмах, в которых напрямую задействована РНК.
РНК-редактирование
Используя фрагмент молекулы ДНК как шаблон, клетка собирает матричную (м) РНК для сборки белка согласно заданному генетическому коду. Но во многих случаях клетке необходимо внести изменения в «инструкцию», чтобы получить модифицированный белок или отрегулировать его количество. Для этого запускается система РНК-редактирования. Её главными функциональными элементами являются ферменты-белки, точечно переделывающие «буквы» генетического кода.
- ADAR способен заменять ошибочно встроенный нуклеотид с основанием аденин на инозин, который при синтезе белка считывается рибосомой как гуанин;
- APOBEC взаимодействует с основанием цитозин, вставляя вместо него в цепь урацил — «рибонуклеиновый» аналог тимина, используемого только в ДНК.
На первый взгляд, может показаться, что всю работу выполняют ферменты, однако это не совсем так. Они бы не смогли справиться с задачей без участия самой редактируемой молекулы РНК. На том участке, где необходимо внести локальные изменения, она должна принять специфическую трехмерную форму — двухцепочечную шпильку. Для белков эта объёмная структура одновременно служит надежным ориентиром и «посадочной площадкой» — если нить останется плоской по всей своей длине, фермент пройдёт мимо, а матрица будет синтезирована некорректно.
РНК-зависимая репарация ДНК
В предыдущем разделе мы рассмотрели достаточно рутинный процесс, но в этом речь пойдет о по-настоящему аварийной ситуации. Бывает так, что в клетках происходит двойной разрыв ДНК, то есть обе спирали молекулы оказываются сломаны в одном месте. Обычно в такой ситуации используется парная хромосома, по шаблону которой можно создать копию гена, а затем встроить её в место разрыва. Но если он произошёл, например, в зрелом нейроне головного мозга, который больше не делится, доступа к запасной копии ДНК попросту нет.
В таком случае к месту разрыва немедленно направляются сигнальные белки, маркирующие поврежденный участок. Затем туда же устремляются молекулы мРНК — точные копии сломанного участка генома, которые были синтезированы незадолго до аварии. Эти резервные дубликаты соединяются с уцелевшими концами разорванной ДНК, образуя временную структуру — R-петлю. Специальные ферменты полимеразы с функцией обратной транскрипции считывают последовательность нуклеотидов этого РНК-«мостика», реконструируя на его основе разрушенную двойную спираль ДНК.
Сплайсинг
Когда клетка делает первичную копию гена, формируется предшественник (пре-) мРНК. Проблема заключается в том, что в гене закодированы как полезные для сборки белка последовательности — экзоны, так и не содержащие информации о нём — интроны. Это можно сравнить с телепередачей или видеороликом, которые постоянно прерываются на рекламу. Если отправить пре-мРНК в рибосому, результат будет удручающим — синтезированный дефектный белок не только не удовлетворит потребности клетки, но и сможет навредить ей.
Поэтому в ядре клетки, где хранится ДНК и собирается мРНК, постоянно работают контролирующие молекулярные «машины» — сплайсосомы, состоящие из белков и малых ядерных (мя) РНК. Белки выполняют структурные и транспортные функции, а непосредственно за сплайсинг отвечают мяРНК. Именно они распознают границы между «полезным видео» и «рекламой», аккуратно вырезают интроны, а затем сшивают экзоны между собой. В результате получается зрелая матричная РНК, по которой будет собран правильный, жизнеспособный белок.
Автор текста Иван Стефанов
Изображение: Magnific
