Нобелевская премия 2024: открытие микроРНК и её влияние на регуляцию генов

Наука и жизньНаука

Гены под влиянием

Нобелевская премия по физиологии и медицине 2024 года присуждена Виктору Эмбросу (Массачусетский университет, США) и Гэри Равкану (Гарвардский университет, США) «за открытие микроРНК и её роли в посттранскрипционной регуляции генов».

Кирилл Стасевич

Гэри Равкан и Виктор Эмброс. На фото запечатлено получение ими премии Грубера в 2014 году. Фото: Adam Fagen/Flickr/CC BY 2.0

У каждого человека, и не только у человека, во всех клетках тела одинаковые гены, поскольку все они — потомки одной-единственной оплодотворённой яйцеклетки. Разумеется, в ДНК со временем появляются мутации, но если говорить о нормальном, здоровом состоянии, то эти мутации на облике генов особо не сказываются. И если взять, к примеру, нервную клетку из головного мозга и инсулиновую клетку из поджелудочной железы, в них присутствует один и тот же инсулиновый ген, точнее, два его варианта-аллеля, один от матери, другой от отца. Но клетка поджелудочной железы этот инсулин синтезирует и выделяет наружу, а нейрон — нет. То есть, будучи одинаковы по генам, клетки очень сильно отличаются по функциям. Легко понять, что в разных клетках в разное время работают разные гены. Но вот выяснить конкретный механизм генетической регуляции уже намного сложнее.

Управление генами

Как вообще можно регулировать генетическую активность? Для простоты будем под генами иметь в виду те участки ДНК, которые кодируют белки. Нужно немного вспомнить, как информация с ДНК становится белком. На самой ДНК белок синтезировать нельзя, поэтому информация о белке копируется с гена в матричную РНК (мРНК). Синтез РНК на ДНК называется транскрипцией, его выполняют специальные белковые машины. Эти машины могут работать более активно или менее активно, могут вообще игнорировать какой-то ген. Тут очень многое зависит от особых белков, которые называются транскрипционными факторами и которые связываются со специальными регуляторными ДНК-последовательностями. Транскрипционные факторы могут стимулировать или подавлять синтез РНК. Белки, садящиеся на ДНК и управляющие началом (инициацией) транскрипции, стали первым описанным механизмом регуляции активности генов*. Транскрипционных факторов к настоящему времени открыто уже очень много, хотя нельзя сказать, что все они досконально изучены; некоторые из них управляют сразу целой пачкой генов, а некоторые более специализированны.

* За открытие этого механизма в 1965 году Нобелевской премии по физиологии и медицине были удостоены Франсуа Жакоб, Жак Моно и Андре Львов.

Другой вариант регуляции — закрыть ДНК от белков, занимающихся транскрипцией. Тут можно добавить химических меток на саму ДНК или плотно упаковать её с помощью специальных белков-упаковщиков — оба механизма относятся к так называемой эпигенетической регуляции активности генов (см. статью «Эпигенетика: стресс (не) по наследству», «Наука и жизнь» № 9, 2024 г.).

У эукариотических организмов матричная РНК (как и любая другая РНК) синтезируется в ядре и тут же в ядре подвергается дополнительным превращениям, без которых она не сможет выполнять свою функцию. Например, у неё определённым образом модифицируются оба конца молекулы, и, что самое главное, в ней перетасовываются блоки генетического текста — некоторые куски вырезаются, а оставшиеся сшиваются друг с другом в том или ином порядке. Такое переформатирование называется сплайсингом; говорить о нём подробно мы не будем, отметим только, что все эти процессы могут регулироваться и, следовательно, влиять на итоговую активность гена.

Но вот готовая мРНК выходит из ядра в цитоплазму. Здесь с ней начинают работать белоксинтезирующие машины рибосомы и многочисленные вспомогательные молекулы — начинается трансляция, или синтез белка. Синтез белка можно регулировать, действуя на белоксинтезирующий (трансляционный) аппарат — на вспомогательные белки, которые называются факторами трансляции, на сами рибосомы и т. д. А можно действовать на саму мРНК. Например, сделать так, чтобы машины трансляции с ней не взаимодействовали, или вообще сократить срок жизни мРНК, натравить на неё ферменты, которые её расщепляют. И вот тут на сцене появляются микрорегуляторные РНК, за которые в этом году дали Нобелевскую премию по физиологии и медицине.

Черви и микроРНК

Микрорегуляторные РНК, или микроРНК, были открыты на нематоде Caenorhabditis elegans — этот круглый червь вместе с дрозофилой, дрожжами и некоторыми другими организмами стал настоящей «рабочей лошадкой» в биологии, особенно в её клеточных и молекулярно-генетических областях. Ещё в 70-е годы прошлого века у C. elegans получили мутанта, которого назвали lin-4. У червей lin-4 не было некоторых типов клеток и некоторых структур тела, и в целом они выглядели так, как будто у них без конца проигрывается личиночная стадия развития. Lin-4 одновременно обозначает и мутанта, и область в геноме, в которую попадают мутации, приводящие к таким эффектам, — судя по всему, в участке lin-4 было закодировано нечто, определяющее смены жизненных стадий в развитии червя. Позже был получен другой мутант, названный lin-14. Черви lin-14 получались очень маленькими, при этом у них отсутствовала личиночная стадия — мутанты lin-14 выглядели как противоположность мутантам lin-4. Однако и в случае lin-14 аномалии были явно того же рода, что и у lin-4, — их причина была в сбитых стадиях развития. Такие мутанты называются гетерохронными: клетки разных типов формируются у них не вовремя и с неправильной скоростью, а некоторые стадии развития могут либо повторяться, либо выпадать из жизненного цикла.

Проявление генетической информации — или экспрессия гена — происходит в несколько этапов, каждый из которых можно регулировать. Начинается всё с хроматина, состоящего из ДНК и различных белков, от которых зависит открытость ДНК для транскрипции. Если транскрипция в принципе возможна, в дело вступают транскрипционные факторы, стимулирующие или подавляющие синтез РНК. Синтезированная РНК должна пройти созревание-процессинг: если речь идёт о матричной РНК (мРНК), в ней перетасовываются блоки генетического текста и модифицируются концы молекулы. Полностью готовая мРНК выходит в цитоплазму, где становится шаблоном для трансляции, то есть синтеза белка. Продуктивностью трансляции можно управлять, действуя на белоксинтезирующий аппарат в виде рибосом и факторов трансляции или же ограничивая срок жизни самой мРНК. Малые регуляторные РНК — один из инструментов, помогающих клетке влиять на генетическую активность на уровне мРНК.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

«Апостол Павел объясняет догматы веры в присутствии царя Агриппы, сестры его Береники и проконсула Феста» «Апостол Павел объясняет догматы веры в присутствии царя Агриппы, сестры его Береники и проконсула Феста»

Картина Василия Сурикова, посвященная Апостолу Павлу

Дилетант
Борьба за наследство Борьба за наследство

Диадохи: наследники Александра Македонского, развалившие его империю

Дилетант
Герберт Уэллс Герберт Уэллс

Уэллс всю жизнь пытался понять главные алгоритмы человеческой психологии

Дилетант
Инвесторы стали избирательнее и осторожнее Инвесторы стали избирательнее и осторожнее

Агробизнес продолжает планировать инвестиции в развитие

Агроинвестор
Иммунитет от хамства: как реагировать на грубость Иммунитет от хамства: как реагировать на грубость

Как защититься от хамства, не опускаясь до него?

Psychologies
Вера Васильева: «Я ничего специально не делаю, живу как хочется» Вера Васильева: «Я ничего специально не делаю, живу как хочется»

Ее взлет в кино был ярким и мощным, а годы в профессии — разными, трудными...

Караван историй
«Важно запасть в душу потребителю» «Важно запасть в душу потребителю»

Как государство поддерживает экспортеров

Эксперт
Почему поколение Z уходит из корпораций и выбирает франшизы Почему поколение Z уходит из корпораций и выбирает франшизы

Почему зумеры выбирают вместо корпоративной стабильности предпринимательство?

Forbes
Плохой «ритм» сна связан с 83 болезнями Плохой «ритм» сна связан с 83 болезнями

Люди плохо представляют, сколько они на самом деле спят

ТехИнсайдер
Животные Камчатки и трудничество на Валааме: где в России есть волонтерские программы Животные Камчатки и трудничество на Валааме: где в России есть волонтерские программы

Волонтерские программы в России: от Камчатки до Санкт-Петербурга

Forbes
Зеленый доктор Зеленый доктор

Чем больше «травы» – тем меньше вес

Лиза
Кто живет на чердаке Кто живет на чердаке

Как оформить квартиру в стиле лофт, не ломая стены

Лиза
С любовью к русской песне, фолк-группа «Красива» С любовью к русской песне, фолк-группа «Красива»

О силе традиций, народной музыке, женской дружбе и не только – в нашем интервью

Лиза
В своем праве В своем праве

Как вернуть деньги за некачественный товар или услугу

Лиза
Диета одного дня Диета одного дня

Сутки в неделю без животных продуктов – в чем польза

Лиза
Легенда Сибири Легенда Сибири

Словно драгоценную чашу держит Бурятия священный Байкал

Лиза
Едем в Гагры? Едем в Гагры?

Самые популярные курорты СССР, где отдыхали наши бабушки и дедушки

Лиза
Без паники Без паники

Как не дать гиперответственности превратить жизнь в постоянный стресс

Лиза
Терапия бездельем: что такое бедроттинг и почему зумеры полюбили валяться в постели Терапия бездельем: что такое бедроттинг и почему зумеры полюбили валяться в постели

Bed rotting: обычная лень или способ восстановить силы?

Forbes
Делим заботы поровну Делим заботы поровну

Муж не помогает по дому: как исправить ситуацию без стресса

Лиза
Жук-лягушка, не знающий вывихов Жук-лягушка, не знающий вывихов

Как работает механизм блокировки вывиха у жуков-лягушек Sagra femorata

Наука и жизнь
От Шагала до мурала От Шагала до мурала

Арт-маршрут от Ниццы до Перпиньяна, достойный целых каникул

Y Magazine
От золота к бриллиантам От золота к бриллиантам

Суперъяхта Diamond Binta — первая яхта, построенная на платформе T580

Y Magazine
Мозг просыпается постепенно, и волна активация идет ото лба к затылку Мозг просыпается постепенно, и волна активация идет ото лба к затылку

Чем процесс пробуждения отличается от процесса засыпания?

ТехИнсайдер
Параллельщики. Carwin — о главных ошибках при поиске машины за рубежом Параллельщики. Carwin — о главных ошибках при поиске машины за рубежом

Как отличить реального поставщика от хорошо замаскированного обманщика

РБК
Китайцы распробовали российское вино Китайцы распробовали российское вино

Санкции — это новые точки роста

Эксперт
Самовыражение в наклейке Самовыражение в наклейке

Платёжные стикеры популярны, но теряют шансы на рост

Ведомости
Люди, традиции, поговорки и преступления Люди, традиции, поговорки и преступления

Из чего Льюис Кэрролл создал «Алису в Стране чудес»

Weekend
Культурная программа Культурная программа

Нужна ли ребенку культурная программа и в каком объеме

Новый очаг
Код нации Код нации

Генетическая база данных поможет бороться с наследственными заболеваниями

ТехИнсайдер
Открыть в приложении