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

Как это написать по-угаритски? Как это написать по-угаритски?

Угарит, древний город-государство вблизи сирийского города Латакия

Знание – сила
Куда вложить деньги, чтобы они приносили прибыль Куда вложить деньги, чтобы они приносили прибыль

Варианты для инвестиций и пассивного дохода

VC.RU
Памяти 11 сентября: очерк «Падающий человек» о самом известном снимке теракта в башнях-близнецах в Нью-Йорке Памяти 11 сентября: очерк «Падающий человек» о самом известном снимке теракта в башнях-близнецах в Нью-Йорке

О самом известном снимке теракта в башнях-близнецах в Нью-Йорке

Esquire
8 самых интересных фильмов и сериалов с Любовью Аксеновой 8 самых интересных фильмов и сериалов с Любовью Аксеновой

Самые запоминающиеся роли Любови Аксеновой

Maxim
Этот всеми любимый напиток повышает риск развития деменции в 3 раза: лучше не злоупотреблять! Этот всеми любимый напиток повышает риск развития деменции в 3 раза: лучше не злоупотреблять!

У людей, употребляющих этот напиток ежедневно, наблюдается снижение памяти

ТехИнсайдер
Риски трампфляции Риски трампфляции

Поможет ли инфляция в борьбе с глобальным долгом

Деньги
«Все время чего-то не хватает для счастья»: как перестать гнаться за успехом и начать радоваться тому, что есть «Все время чего-то не хватает для счастья»: как перестать гнаться за успехом и начать радоваться тому, что есть

Как не потерять вкус к жизни в погоне за достижениями?

Psychologies
Эдуард Ратников — о театре «Одеон» и жизни без больших концертов Эдуард Ратников — о театре «Одеон» и жизни без больших концертов

Эдуард Ратников и его путь от стадионных шоу до мюзиклов

Правила жизни
Одиночество вдвоем или семейное выгорание: как распознать и преодолеть кризис в отношениях Одиночество вдвоем или семейное выгорание: как распознать и преодолеть кризис в отношениях

Живете с партнером под одной крышей, но чувствуете себя одиноко?

VOICE
Что такое речевой дресс-код и как вызвать доверие у собеседника Что такое речевой дресс-код и как вызвать доверие у собеседника

Как и по каким параметрам корректировать свою речь в зависимости от ситуации

РБК
Песни у костра в мегаполисе: как урбанистка создала бизнес на антистресс-хорах Песни у костра в мегаполисе: как урбанистка создала бизнес на антистресс-хорах

Как урбанистке Юлии Штокало пришла идея проводить классы по хоровому пению

Forbes
Купите это немедленно! Купите это немедленно!

Как нас заставляют приобретать ненужные вещи в «черную пятницу»?

Лиза
Экономика падения Берлинской стены Экономика падения Берлинской стены

Поспешная интеграция Восточной Германии в Западную обошлась очень дорого

Монокль
И твоя мама тоже И твоя мама тоже

«Все совпадения неслучайны»: первый сериал Альфонсо Куарона

Weekend
Мама-предприниматель: какой бизнес чаще выбирают женщины в России Мама-предприниматель: какой бизнес чаще выбирают женщины в России

Почему в современном мире женщинам не нужно выбирать между семьей и карьерой

Inc.
Никита Мещерский: Как король полного привода отстал от конкурентов Никита Мещерский: Как король полного привода отстал от конкурентов

Audi Quattro — культовый полноприводный автомобиль

4x4 Club
5 мифов о браке, вера в которые может разрушить вашу семью 5 мифов о браке, вера в которые может разрушить вашу семью

Какие мифы о браке существуют и чем они опасны?

Psychologies
Микронос, смена цвета глаз и заплатка на язык: самые безумные и опасные виды пластики Микронос, смена цвета глаз и заплатка на язык: самые безумные и опасные виды пластики

Список самых бесполезных пластических операций

VOICE
Игра или проблема Игра или проблема

Что такое квадробинг и как реагировать родителям на эту субкультуру?

Лиза
Опасный аксессуар: нужно ли в доме снимать с собаки ошейник Опасный аксессуар: нужно ли в доме снимать с собаки ошейник

Так ли необходим ошейник на собаке в четырех стенах?

ТехИнсайдер
Сибирский центр притяжения Сибирский центр притяжения

Чем Новосибирская область удивит своих гостей?

Отдых в России
Как добавить 11 лет своей жизни? Ходьбой! Как добавить 11 лет своей жизни? Ходьбой!

Каждый час ходьбы может принести до шести лет «дополнительной» жизни

ТехИнсайдер
Через гены к экономической эффективности Через гены к экономической эффективности

В России создается собственная база данных для генотипирования КРС

Агроинвестор
«Все зависимые выросли не в бедной, а в дисфункциональной семье»: на главные вопросы об алкоголизме отвечает нарколог «Все зависимые выросли не в бедной, а в дисфункциональной семье»: на главные вопросы об алкоголизме отвечает нарколог

Почему родственникам зависимых тоже нужна терапия?

Psychologies
3 признака того, что у вас с партнером «синдром соседа» 3 признака того, что у вас с партнером «синдром соседа»

Как понять, что вы больше не любовники, а просто сожители?

Psychologies
15 советов, которые помогут получить повышение 15 советов, которые помогут получить повышение

Как выделиться на фоне коллег и стать по-настоящему ценным сотрудником?

Psychologies
Гендерная трансформация АПК Гендерная трансформация АПК

Работа в сельском хозяйстве становится все более привлекательной для женщин

Агроинвестор
Не пытайтесь от него избавиться: 4 способа обратить синдром отличницы себе во благо Не пытайтесь от него избавиться: 4 способа обратить синдром отличницы себе во благо

С чем связан синдром отличницы? Какие у него последствия?

Psychologies
Спокойно, первоклассник Спокойно, первоклассник

Как первоклассникам и родителям прожить период адаптации и сохранить мотивацию?

Новый очаг
Север и Юг США: долгий путь к войне Север и Юг США: долгий путь к войне

Промышленная революция в Европе по-разному сказалась на южных и северных штатах

Наука и техника
Открыть в приложении