Классический молекулярно-биологический нарратив имеет простую форму: ген-РНК-белок. Это то, чему мы учились в школе: ДНК транскрибируется в РНК. В белковых фабриках (так называемых рибосомах) РНК служит своего рода перфокартой - белки собираются машиной точно по шаблону ДНК. Таким образом, один большой аппарат может производить широкий спектр белков. Однако в последние десятилетия биологи осознали, что эта схема слишком проста, особенно в отношении роли РНК. Находят все больше и больше РНК без кода, то есть без белковых инструкций. Сегодня предполагается, что во многих живых организмах большая часть РНК, образующихся в результате транскрипции, на самом деле является «некодирующей». У людей некодирующая РНК составляет удивительные 98 процентов РНК. Почему транскрибируется так много РНК, что не служит «классической» цели? Очевидно, что РНК - это не только схема ДНК, но и множество других задач в клетке.
Тормоз, но и ускоритель
Но не только биология человека продолжает создавать загадки. Исследователей особенно интересуют трипаносомы, паразитические простейшие, вызывающие сонную болезнь. Эти микроорганизмы известны своим уникальным молекулярно-биологическим аппаратом. Недавно исследователи с кафедры химии и биохимии Бернского университета обнаружили особенно необычный механизм: молекула нкРНК, которая действует как своего рода стимулятор рибосом и вырабатывается во время стресса. Это открытие поразило исследователей, потому что до сих пор была известна только противоположная функция некодирующих РНК, действующих как ингибиторы клеточного аппарата. Во время стресса молекулы нкРНК прикрепляются к рибосомам, нажимая кнопку аварийной остановки белкового механизма. Когда питательные вещества становятся дефицитными или условия окружающей среды становятся особенно сложными, вся сборочная линия останавливается, что экономит время ячейки. Молекулы нкРНК предопределены для такого регуляторного механизма - они производятся в течение долей минут и, таким образом, могут привести к гораздо более быстрой реакции клетки, чем в обход белка..
Возможная цель
Но ускорение производства? Это раздражало исследователей в двух отношениях: во-первых, не сразу понятно, какова может быть цель такого регулирования, а во-вторых, гораздо сложнее придумать интуитивно понятный механизм для такого режима работы. «Мы знали об ингибиторах, которые обычно блокируют важные сайты связывания», - сказал Норберт Полачек, глава исследовательской группы. Чтобы разгадать эту тайну, группа Полачека сотрудничала с экспертами по трипаносомам из группы Андре Шнайдера, которые являются частью базирующегося в Берне NCCR (Национального центра компетенции в области исследований) «РНК и болезни». Вместе они смогли показать, что стимулирующий эффект РНК имеет предупредительный эффект: за стрессовыми ситуациями обычно следует более «расслабленное» время, и способность снова производить белки как можно быстрее может иметь решающее значение. Фрагмент нкРНК имеет Эффект быстрого доведения рибосом до полной производственной мощности, как только, например, снова становится доступным достаточное количество питательных веществ - Полачек называет это «стартом» для клетки.
Точный механизм, однако, остается неясным, и Полачек считает, что это открывает интересное поле для дальнейших исследований. В лучшем случае открытие приведет к целому новому классу веществ для лечения трипаносомных заболеваний. Поскольку биологические экстравагантности трипаносом также делают их уязвимыми. Как только мы лучше поймем, как он работает, мы сможем найти способы нарушить работу этого турбокомпрессора, которые будут совершенно безвредны для человека.
Исследование опубликовано в Nature Communications.
РНК и болезни - роль биологии РНК в механизмах заболеваний
В исследовании NCCR «РНК и болезни - роль биологии РНК в механизмах заболеваний» изучается класс молекул, которым долгое время пренебрегали: РНК (рибонуклеиновая кислота) играет ключевую роль во многих жизненно важных процессах и намного сложнее, чем предполагалось изначально.. Например, РНК определяет условия в данной клетке, при которых данный ген активируется или не активируется. Если какая-либо часть этого процесса генетической регуляции нарушается или протекает неравномерно, это может привести к сердечным заболеваниям, раку, заболеваниям головного мозга и нарушениям обмена веществ. NCCR объединяет швейцарские исследовательские группы, изучающие различные аспекты биологии РНК в различных организмах, таких как дрожжи., растения, аскариды, мыши и человеческие клетки. Базовыми учреждениями являются Бернский университет и ETH Zurich.