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

Не сгинела Не сгинела

«Польша не погибла, покуда мы живы»

Дилетант
Что открыть в нежилом помещении: топ-5 бизнес-идей Что открыть в нежилом помещении: топ-5 бизнес-идей

Под какой бизнес можно сдать нежилое помещение, чтобы получать прибыль?

Inc.
«Всё, что имею, единственно по милости Его Величества» «Всё, что имею, единственно по милости Его Величества»

Уроженец Псковского края и выходец из рода князей смоленских Василий Татищев

Дилетант
Кабачки Кабачки

Куда девать кабачки летом?

Здоровье
Самая близкая химия Самая близкая химия

Академик Степан Калмыков — о том, насколько Менделеев повлиял на развитие химии

Наука и жизнь
Помело: польза, вред, как есть и что приготовить — рецепт шеф-повара Помело: польза, вред, как есть и что приготовить — рецепт шеф-повара

Чем полезно помело и как правильно его есть?

РБК
Связь с народом: зачем медицинским чиновникам блоги в соцсетях Связь с народом: зачем медицинским чиновникам блоги в соцсетях

Насколько эффективно органы власти используют цифровую открытость?

Forbes
«Кто придумал землю? Путеводитель по геофилософии от Делёза и Деррида до Агамбена и Латура» «Кто придумал землю? Путеводитель по геофилософии от Делёза и Деррида до Агамбена и Латура»

Правильно ли противопоставлять природу и культуру

N+1
Камерно и точечно Камерно и точечно

Софья Синицына и ее год положительной трансформации

OK!
Свой парень: Харрисон Форд, единый во многих лицах Свой парень: Харрисон Форд, единый во многих лицах

Герои, на которых хочется быть похожим: вспоминаем главные роли Харрисона Форда

Правила жизни
Чем минивэн отличается от микроавтобуса: простой вопрос, неочевидный ответ Чем минивэн отличается от микроавтобуса: простой вопрос, неочевидный ответ

Минивэн и микроавтобус: есть ли разница?

ТехИнсайдер
Пластик, металл, стекло: какая посуда подходит для микроволновки Пластик, металл, стекло: какая посуда подходит для микроволновки

Какая посуда безопасна для микроволновки, а от какой лучше отказаться?

CHIP
«Медицина стала точной наукой» «Медицина стала точной наукой»

Революция в изучении человека и новые методы терапии рака: мнение профессора РАН

Монокль
«Искренний урбанизм»: от картинок к поиску смыслов «Искренний урбанизм»: от картинок к поиску смыслов

«Искренний урбанизм» — городская экосистема, построенная на многообразии

Ведомости
Шоу продолжается Шоу продолжается

Эра Бернара Тапи в «Марселе»: взлёт, скандал и резкое падение клуба

Ведомости
«Если какие сложности, основной груз на мне»: как женщины воспитывают приемных детей «Если какие сложности, основной груз на мне»: как женщины воспитывают приемных детей

Forbes Woman исследовал гендерные аспекты приемного родительства

Forbes
«По-любому ты — брат мне»: почему «Бригада» — великий сериал «По-любому ты — брат мне»: почему «Бригада» — великий сериал

Феномен «Бригады», повлиявшей на индустрию и умы целого поколения

Правила жизни
На партийном вайбе На партийном вайбе

Оживлённые вожди и мемы: как партии завоёвывают молодёжь с помощью ИИ

Ведомости
Как появилась Вселенная? Ответ может скрываться в водах Байкала Как появилась Вселенная? Ответ может скрываться в водах Байкала

Ключ к разгадке сотворения Вселенной может находиться в глубинах Байкала

ТехИнсайдер
Ответственность за три четверти ожидаемых случаев рака желудка возложили на хеликобактер Ответственность за три четверти ожидаемых случаев рака желудка возложили на хеликобактер

Хроническая инфекция хеликобактер служит основной причиной рака желудка

N+1
Новые преступные схемы с клиентами СТО. Как не лишиться денег и машины Новые преступные схемы с клиентами СТО. Как не лишиться денег и машины

Как мошенники маскируются под персонал СТО

РБК
«Нет на свете страны, где нет магазинов» «Нет на свете страны, где нет магазинов»

Розница в России: как справиться с кризисом и что будет с брендами?

Монокль
Доска объявлений: много ли теннисисты зарабатывают на спонсорских нашивках Доска объявлений: много ли теннисисты зарабатывают на спонсорских нашивках

Почему теннисисты не могут выглядеть, как облепленные логотипами гонщики

Forbes
Банк России намерен регулировать покупку квартир в рассрочку Банк России намерен регулировать покупку квартир в рассрочку

Рассрочка для квартир – полезный инструмент продаж, хотя и несет в себе риски

Ведомости
Здоровье как актив: зачем частным клиникам превентивная медицина Здоровье как актив: зачем частным клиникам превентивная медицина

Почему в частных клиниках развивается персонализированный подход

Forbes
РНК нейрональных предшественников в гиппокампе указала на нейрогенез у взрослых РНК нейрональных предшественников в гиппокампе указала на нейрогенез у взрослых

Как ученые подтвердили нейрогенез у взрослых

N+1
Величавый коровяк Величавый коровяк

Величавый коровяк: высокий, стройный, мощный, прочно вросший в землю

Наука и жизнь
От золота к бриллиантам От золота к бриллиантам

Суперъяхта Diamond Binta — первая яхта, построенная на платформе T580

Y Magazine
Кадры заколебались Кадры заколебались

Ротация высших региональных чиновников вернулась к стандартному уровню

Ведомости
Как избежать ошибок на переговорах Как избежать ошибок на переговорах

Распространенные просчеты в оффлайн- и онлайн-переговорах и как их избежать

Inc.
Открыть в приложении