Ученые выяснили, что приводит к системным заболеваниям мозга

ЭкспертНаука

Узнать функцию каждого гена

Российские ученые открыли механизм генетической машины митохондрий, поломка которого приводит к системному заболеванию мозга

Агата Коровина, Виталий Лейбин

Член-корреспондент РАН, профессор МГУ Петр Сергиев

Лабораторные мыши с полностью поломанным геном METTL15 не только успешно родились, но и выглядели вполне нормально — вот только у них не все хорошо с памятью и сообразительностью. Они чаще, чем немутантные родственники, раз за разом идут в тупик или туда, где их чувствительно ударит током. Такие мыши еще и слабенькие: в тесте с плаваньем они быстрее сородичей сдаются, перестают бить лапками, и их приходится спасать, вылавливая сачком.

Так у профессора химического факультета МГУ и директора Института функциональной геномики МГУ, членакорреспондента РАН Петра Сергиева и его коллег появилась перспективная для медицинского применения линия мышей — модель для изучения некоторых человеческих болезней (в данном случае митохондриопатий, заболеваний, связанных с поломками в митохондриях — энергетических органеллах, «батарейках» живых клеток). Это довольно редкая удача: мутации в важных генах часто приводят к тому, что мыши нежизнеспособны, а в некоторых других генах практически никак не проявляются. Если мыши с поломанным геном живы, но болеют, становится ясно, что в данном случае проявился механизм какого-то заболевания или группы заболеваний.

Как часто бывает в науке, к практическим результатам ученых подтолкнул фундаментальный интерес — понять, как устроены различные механизмы работы живой клетки. Совсем недавно (в мае и июне 2022 года) у Петра Сергиева и его коллег вышли сразу две публикации, описывающие механизм работы некоторых митохондриальных генов: одна в International Journal of Molecular Sciences («Mitochondrial rRNA Methylation by Mettl15 Contributes to the Exercise and Learning Capability in Mice»), другая — в Nature («Mechanism of mitoribosomal small subunit biogenesis and preinitiation»). То, что статьи с участием российских ученых продолжают выходить в самых престижных международных журналах, уже хорошая новость; тем более отрадно, что речь идет об очень интересной науке. Статья в Nature, написанная в сотрудничестве с коллегами из Швеции, никак не связана с медицинской практикой: она посвящена реконструкции фундаментального механизма — созревания рибосомы в митохондриях.

Рибосомы — это молекулярные машины трансляции, то есть производства белков, фундаментального механизма работы всего живого. Геном записан в молекулах ДНК; отдельные гены, чтобы заработать, должны быть скопированы в молекулы матричных РНК (транскрипция), а уже на этой РНК, как на матрице, рибосома делает белки, из которых состоит все живое — ферменты, структурные элементы, двигательные машины и прочие нужные для клетки вещи (трансляция).

Рибосомы состоят из нескольких молекул РНК, скрепленных при посредстве белков в очень сложную и большую структуру; это целая молекулярная фабрика. Чтобы ее сделать, нужен не только строительный материал, но и белки-ферменты, которые помогают РНК и белкам соединиться правильно. То, что происходит в клетках на молекулярном уровне, не похоже ни на «ирландское рагу», ни на хаотическое смешение компонентов в химической колбе. Ученые не перестают удивляться тому, насколько тонко и четко действуют все механизмы. Для сборки одного из фрагментов митохондриальной рибосомы нужны как раз те гены, которые изучил Петр Сергиев с коллегами. METTL15, мутация в котором понижает интеллект у мышей, кодирует фермент метилтрансферазу, химически модифицирующий рибосомальную РНК, что позволяет ей принять нужную для работы форму, правильную структуру. Очевидно, митохондрии с такой мутацией все же могут работать: рибосома конструируется не настолько неправильно, чтобы мыши оказывались нежизнеспособными. Кроме указанного гена были описаны и другие, и стал ясен весь путь созревания рибосом в митохондриях.

Для создания трансгенных мышей производится генетическая модификация живых яйцеклеток

Этот механизм был рассмотрен впервые. Рибосомы в бактериях (в том числе благодаря предыдущим работам Сергиева и коллег) известны уже хорошо, рибосомы в цитоплазме животных клеток тоже изучены, а вот процесс созревания рибосом для производства белков в митохондриях стал понятен только сейчас. И он оказался непохожим ни на бактериальный механизм, ни на механизм рибосом в цитоплазме более сложных эукариотических организмов.

По современным представлениям, эукариотические клетки (с ядрами, митохондриями и прочими сложностями), из которых состоят в том числе и люди, возникли в процессе эволюции 1,6–2,1 млрд лет назад, и это одна из самых вдохновляющих историй. Согласно гипотезе, кажущейся сейчас наиболее правдоподобной, эволюционный прорыв случился не в результате конкуренции и борьбы за существование, а в результате самой важной в истории живых существ кооперации. Считается, что древняя архея (одноклеточный организм без ядер) в какой-то момент проглотила бактерию. Проглотила, но не стала ее переваривать. Непереваренные бактерии продолжили работать и превратились в хлоропласты растений, отвечающих за фотосинтез, и в митохондрии, отвечающие за дыхание и производство энергии. Это подтверждается тем, что у митохондрий есть свой геном, отличающийся от генома, который хранится в ядре, и этот геном — явный наследник генома бактерий. То есть в каждой нашей клетке живут потомки древних бактерий, без которых мы бы не могли существовать.

Правда, в ходе эволюции геном митохондрий постепенно уменьшался, гены перекочевывали в ядро, к основному геному, но какие-то гены сохранились, в том числе METTL15. Он пришел от древних бактерий и необходим для правильной сборки рибосомы, а значит, и в целом для нормального функционирования митохондрий.

О том, как проводился научный эксперимент, как связаны прикладные результаты и фундаментальные исследования и как в принципе устроена логика научного поиска в современной биологии, Петр Сергиев рассказал «Эксперту».

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Автопром доехал до пропасти Автопром доехал до пропасти

Российская автоиндустрия переживает самый лютый кризис с осени 1941 года

Эксперт
Какие бывают пищевые добавки, и стоит ли их бояться Какие бывают пищевые добавки, и стоит ли их бояться

Стоит ли избегать продуктов с «Е» в составе?

TechInsider
Маркетплейсы открывают рынки Маркетплейсы открывают рынки

Российские производители товаров увеличили свои экспортные продажи

Эксперт
Экономьте деньги и места на спасательных шлюпках: гид по выживанию для стартапов Экономьте деньги и места на спасательных шлюпках: гид по выживанию для стартапов

Что делать, чтобы пережить тяжелые времена?

Forbes
Как приватизировали право на свободу слова Как приватизировали право на свободу слова

Дональд Трамп попал под каток банов со стороны новых медиа

Эксперт
Маленькая, но горная птичка: зачем ученые переселили колибри и что из этого вышло Маленькая, но горная птичка: зачем ученые переселили колибри и что из этого вышло

Крылатые аборигены Нового Света не вынесут перемен

Вокруг света
7 фактов о животных, о которых не знают даже учителя биологии 7 фактов о животных, о которых не знают даже учителя биологии

Знаете ли вы, что собаки могут быть опаснее крокодилов?

TechInsider
Как распознать социопата: 6 признаков Как распознать социопата: 6 признаков

Они выглядят абсолютно так же, как и мы, ведут себя точно так же, как остальные

Psychologies
6 хитростей, которые помогут сделать белье мягким без кондиционера 6 хитростей, которые помогут сделать белье мягким без кондиционера

Подручные тоже смогут сделать вещи мягкими и без всякой небезопасной химии!

Лиза
10 мифов о вредном и полезном загаре: советы врача-дерматовенеролога 10 мифов о вредном и полезном загаре: советы врача-дерматовенеролога

Развенчиваем самые популярные мифы о загаре и защитных средствах от солнца

Psychologies
Гид под модным джинсам Кендалл Дженнер - принцессы стритстайла Гид под модным джинсам Кендалл Дженнер - принцессы стритстайла

В джинсах мисс Кендалл Дженнер точно знает толк

VOICE
Летний режим Летний режим

Техника летней безопасности

Лиза
Видеть ушами: как работает акустика нового поколения, которая оживляет звук Видеть ушами: как работает акустика нового поколения, которая оживляет звук

Как развиваются акустические системы?

TechInsider
Защита от инфляции и бонус для миллениала: кто и где платит зарплату в криптовалюте Защита от инфляции и бонус для миллениала: кто и где платит зарплату в криптовалюте

Зачем использовать криптовалюту в качестве зарплаты?

Forbes
Что не смогла предсказать Ванга: история любви ясновидящей Что не смогла предсказать Ванга: история любви ясновидящей

В жизни Ванги было трое мужчин, но отношения с ними не сделали ее счастливой

VOICE
Другая история. Зачем экономист из Орска переехал в старинный Плес Другая история. Зачем экономист из Орска переехал в старинный Плес

В чем ценность естественного облика малых городов

СНОБ
Проиграть — так миллион: 8 лучших фильмов о казино Проиграть — так миллион: 8 лучших фильмов о казино

Как кинематограф в разные годы показывал бытование игроков и игорных заведений

Правила жизни
Рогатый, водяной, королевский: 7 жутких, но прекрасных пауков Рогатый, водяной, королевский: 7 жутких, но прекрасных пауков

Наша подборка поможет победить боязнь пауков (но это не точно)

Вокруг света
Женщина на грани политической катастрофы: Джулия Робертс в сериале про «Уотергейт» Женщина на грани политической катастрофы: Джулия Робертс в сериале про «Уотергейт»

«Газлит» — политический триллер о Уотергейтском скандале

Forbes
ИИ массового поражения: Генри Киссинджер и Эрик Шмидт об угрозах кибервойны ИИ массового поражения: Генри Киссинджер и Эрик Шмидт об угрозах кибервойны

Искусственный интеллект на службе политиков

Forbes
Петербург Брэдбери и Айн Рэнд: 5 книг, которые помогут по-новому взглянуть на Северную столицу Петербург Брэдбери и Айн Рэнд: 5 книг, которые помогут по-новому взглянуть на Северную столицу

Про город на Неве писали не только Достоевский, Пушкин и Гоголь

Вокруг света
Я работаю, значит, я существую: почему мы одержимы продуктивностью Я работаю, значит, я существую: почему мы одержимы продуктивностью

Как справиться с зависимостью от продуктивности

VC.RU
Что нельзя говорить инспектору ГИБДД: откровения полицейских Что нельзя говорить инспектору ГИБДД: откровения полицейских

Инспекторы ГИБДД объяснили, как водителям быстрее пройти проверку

РБК
Казахстан проголосовал за мягкую либерализацию Казахстан проголосовал за мягкую либерализацию

Конституция Казахстана будет меняться уже в шестой раз

Эксперт
Почему вообще не хочется отношений с противоположным полом: 5 причин Почему вообще не хочется отношений с противоположным полом: 5 причин

Если вам не хочется отношений, это нормально

Psychologies
Туве Янссон Туве Янссон

Смерть настолько повсюду, что её не замечаешь

Дилетант
9 безобидных бытовых привычек, которые опустошают твой кошелек 9 безобидных бытовых привычек, которые опустошают твой кошелек

Чтобы сэкономить семейный бюджет, пересмотри свои действия

Лиза
«Игра по правилам»: как 9 гендерных стереотипов влияют на сексуальную жизнь мужчин? «Игра по правилам»: как 9 гендерных стереотипов влияют на сексуальную жизнь мужчин?

Как социальные нормы влияют на сексуальную самооценку мужчин?

Psychologies
Как братья-миллиардеры превратили стартап Stripe в «единорога» стоимостью $95 млрд Как братья-миллиардеры превратили стартап Stripe в «единорога» стоимостью $95 млрд

Братья-миллиардеры превратили Stripe в один из самых прибыльных стартапов

Forbes
Солнечная вспышка ускорила почти все электроны в объеме высвобождения магнитной энергии Солнечная вспышка ускорила почти все электроны в объеме высвобождения магнитной энергии

Проанализировали наблюдения солнечной вспышки, которая произошла в 2017 году

N+1
Открыть в приложении