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

Ярчайшая Ярчайшая

О самой яркой звезде ночного неба — Сириусе

Наука и жизнь
Вдохновленные превосходством Вдохновленные превосходством

Квантовая гонка: за что борется Россия и какие имеет шансы на победу?

Монокль
Бок с нами Бок с нами

Как мозг избавляется от продуктов метаболизма, испорченных и отслуживших молекул

Men Today
Без молотка и орехокола: 4 дейтвенных совета, как просто и быстро очистить грецкие орехи от скорлупы Без молотка и орехокола: 4 дейтвенных совета, как просто и быстро очистить грецкие орехи от скорлупы

Очистить гору орехов можно в домашних условиях и без особых усилий

ТехИнсайдер
Кино Кино

Значимые направления кинематографа, причины их возникновения и заката

Правила жизни
Через гены к экономической эффективности Через гены к экономической эффективности

В России создается собственная база данных для генотипирования КРС

Агроинвестор
«Чувствовала себя коровой»: как грудное вскармливание становится для женщин проблемой «Чувствовала себя коровой»: как грудное вскармливание становится для женщин проблемой

Что переживают женщины, которые только начинают грудное вскармливание

Forbes
«Я живу свою жизнь»: о чём мечтает и к чему стремится серебряный призер Паралимпийских игр в Париже в 2024 Зоя Щурова «Я живу свою жизнь»: о чём мечтает и к чему стремится серебряный призер Паралимпийских игр в Париже в 2024 Зоя Щурова

Как живут люди с диагнозом Spina bifida? Рассказала паралимпийская чемпионка

VOICE
Принципы качественного онлайн-обучения: как выбрать онлайн-курс, который реально научит Принципы качественного онлайн-обучения: как выбрать онлайн-курс, который реально научит

Как подобрать онлайн-обучение, которое захочется пройти до конца?

Inc.
Это у нас семейное: что происходит с институтом семьи и брака? Это у нас семейное: что происходит с институтом семьи и брака?

Успевают ли семейные отношения за стремительно меняющимся миром?

Правила жизни
Дело жизни Дело жизни

Известные шеф-повара об их истоках и пути в профессии

Grazia
В одной лодке В одной лодке

Что нужно, чтобы начать заниматься академической греблей?

Y Magazine
«Она была актрисою» «Она была актрисою»

О своих страхах и надеждах, красоте и эпохе рассказала актриса Ангелина Стречина

OK!
Обзор Geely Tugella: плюсы и минусы, комплектации, фото Обзор Geely Tugella: плюсы и минусы, комплектации, фото

Купе-кроссовер Geely Tugella: что стоит знать о нем

РБК
8 профессий, которые нормально освоить мужчине (вопреки стереотипам) 8 профессий, которые нормально освоить мужчине (вопреки стереотипам)

«Женские» профессии, которые становятся все более актуальными и подойдут мужчине

Maxim
10 маминых фраз, которые помогают во взрослой жизни 10 маминых фраз, которые помогают во взрослой жизни

Что говорить ребенку, чтобы он вырос гармоничным и счастливым человеком?

Psychologies
Порно и предубеждение Порно и предубеждение

«Соперники»: чисто английские 1980-е

Weekend
Личинки, серебро и кровопускание: как люди лечились до появления антибиотиков Личинки, серебро и кровопускание: как люди лечились до появления антибиотиков

Как люди лечились до открытия пенициллина?

ТехИнсайдер
Энергетика: маневры за перекрестком Энергетика: маневры за перекрестком

Масштабы перекрестного субсидирования в энергетике сильно преувеличены

Монокль
Без желания нравиться и чувства долга: как навык говорить «нет» делает жизнь лучше Без желания нравиться и чувства долга: как навык говорить «нет» делает жизнь лучше

Как научиться отстаивать свои интересы и границы с коллегами и близкими

Forbes
На пороге перемен На пороге перемен

Как женщине поддержать красоту и молодость кожи в период менопаузы

Лиза
Российский сорт в открытом и закрытом грунте Российский сорт в открытом и закрытом грунте

Сколько лет потребуется отечественной селекции для увеличения доли семян овощей

Агроинвестор
Умный город: утопия или реальное будущее? Умный город: утопия или реальное будущее?

Можно ли создать идеальный город?

Наука и жизнь
Сон в кровавую ночь Сон в кровавую ночь

Краткая история «Кошмара на улице Вязов» в 20 пунктах

Weekend
Ускользающая простота Ускользающая простота

Как Геннадий Шпаликов не нашел себе места в застое

Weekend
Женские секреты Женские секреты

Лучшие идеи для обустройства туалетного столика в спальне

Лиза
Сетевые дементоры: что такое теория «мертвого интернета» и вытеснит ли ИИ живых людей Сетевые дементоры: что такое теория «мертвого интернета» и вытеснит ли ИИ живых людей

Какие риски для современного мира представляет GPT-контент?

Forbes
Давление ниже плинтуса Давление ниже плинтуса

Простые и эффективные способы привести его в норму без таблеток

Лиза
Линия судьбы Линия судьбы

Три яхты Kismet американского миллиардера Шахида Хана

Y Magazine
«Современное искусство заражало людей чувством свободы» «Современное искусство заражало людей чувством свободы»

Чем занимался отдел новейших течений Третьяковской галереи

Weekend
Открыть в приложении