Как договориться с миром РНК

Графика freepik.com

Первым лупу для рассматривания анималькулей («зверушек», микробов) использовал голландский торговец сукном Антонии ванн Левенгук. Яростный оппонент Исаака Ньютона, Роберт Гук соединил в картонном тубусе две линзы. Но реальная микроскопия началась после создания артиллерийских прицелов и добавления в исследуемые с помощью микроскопов препараты красителей, благодаря чему клетки заиграли разными цветами – темные ядра и розовая цитоплазма.

Затем был создан электронный микроскоп: с его помощью был открыт дотоле неведомый мир клеточных органелл (маленьких органов, «органчиков»). Про новых «электронных» микроскопистов старые, «оптические», говорили: «Наука изучает факты, а они предпочитают артефакты».

Английский молекулярный биолог Фрэнсис Крик вскоре после получения Нобелевской премии за расшифровку структуры ДНК (1962) «взломал» генетический код. Стало понятно, как клетки синтезируют протеины. Сегодня в молекулярной биологии активно используется новый метод – одноклеточных РНК (sc – single-cell RNA). Он позволяет изучать воочию биоразнообразие генной активности в клетках органов и тканей в 4D-формате. То ест непосредственно в ходе развития организма.

РНК-интерференция и генетическое редактирование – это инструменты воздействия на активность отдельных генов, выявления их функций. Поиски веществ этого воздействия привели к использованию доксорубицина, молекулы которого «рвут» цепи ДНК, тем самым выключая гены клеточного развития и созревания.

Сотрудники Алабамского университета в г. Бирмингем (США), используя доксорубицин, состарили кожу мышей, вызвав у лабораторных грызунов утерю и поседение волосяного покрова, а также появление глубоких морщин. После прекращения действия препарата все пришло в норму и мыши «ожили». Интересно, что примененный антибиотик нарушал действие фермента, синтезирующего не ядерную, а митохондриальную ДНК. Это важно с точки зрения митохондриальных заболеваний у детей, передаваемых, как гемофилия и дальтонизм, – по материнской линии.

В Калифорнийском университетае г. Сан-Диего (США) пошли еще дальше. Там предложили генетическое редактирование на уровне РНК, что позволяет временно менять функцию протеинов (белков). Новый вариант безопаснее редактирования ДНК, поскольку исключает выключение других генов. Авторы полагают, что они смогут, например, воздействовать на хроническую боль.

Оба метода важны для геномного картирования, в котором очень заинтересованы молекулярные онкологи. Геномное картирование применяется и для получения антител против коронавируса. Вполне возможно, что в будущем защитные антитела будут использоваться для остановки роста опухолей, которые «уклоняются» от врожденного иммунитета и его натуральных киллеров (NK – Natural Killers), так называемых Т-лимфоцитов, убивающих измененные клетки.

Клетки рождаются в ходе деления (митоза), проходят стадию удвоения ДНК и после этого могут выполнять присущую им функцию. После всех этих превращений включается механизм запрограммированной смерти клеток (апоптоз). Клеточные циклы имеют разную продолжительность: в слизистой и коже – два-три дня, в костях – до семи лет. Вместе с тем они могут иметь околосуточную продолжительность и сезонную, что регулируется генными парами: белки подавляют друг друга, чем и достигается смена дневной и ночной активности, сна-отдыха.

Один из таких генов – CRY. Он кодирует синтез белка криптохрома, воздействием на который голландские ученые из Университета в Гронингене и их японские коллеги из Университета Нагои смогли удлинить циркадный ритм. Вполне возможно, что сомнологи – специалисты по расстройствам сна у человека – и люди, мучающиеся бессонницей, заинтересуются возможностью менять продолжительность циркадного ритма. Последний называется так потому, что он не совпадает точно с суточной сменой солнечной активности. Уже давно французские исследователи показали, что в шахте на глубине 120 м «внутренние» сутки увеличивались до 27 час.