Генетики постоянно открывают все новые и новые способы, с помощью которых клетка регулирует использование генома.
Мы знаем про эпигенетическое регулирование, когда некий ген может быть заблокирован с помощью привешивания к нему метильной группы. Или наоборот, когда ген разблокируется. (Подробнее об эпигеноме: https://goo.gl/q4TGjG)
Мы знаем, что к хвостам белков-гистонов, на которые намотана нить ДНК, могут присоединяться и отсоединяться небольшие молекулы, так что гены могут стать просто недоступны для считывания или наоборот, подставляться для считывания (о гистонах: https://goo.gl/bJ2eAp, https://goo.gl/aWnC1n, https://goo.gl/gSy3jL).
Существуют микро РНК, которые могут соединяться с матричными РНК и блокировать производство белков по данному гену. Например, недавно обнаружили, что жировые клетки производят и выпускают в кровь микроРНК, которые достигают печени и блокируют производство некоторых ненужных сейчас организму белков.
Существует разнообразнейший альтернативный сплайсинг, благодаря которому из одного гена могут строиться сотни, а то и тысячи разных белков (https://goo.gl/5LBmwL).
Мы знаем и другие способы, с помощью которых наши клетки, наш организм настолько филигранно управляет исходным, незыблемым набором генов, что мы вообще теперь уже не можем сказать, что наш геном играет такую уж существенную роль в нашей жизни — гораздо важнее зачастую оказывается работа всех многочисленных способов управлять работой генома, а если учесть, что наш эпигеном способен изменяться буквально за час-другой в зависимости от нашего эмоционального состояния (https://goo.gl/j5Pqsc), то становится ясно, что мы сами являемся творцами своей жизни, и почти не существует никакой «генетической детерминированности» (подробнее тут: https://goo.gl/6NHFUS).
Так о чем же эта статья? Эта статья об еще одном методе регулирования нашего генома, о котором мы еще не писали, и который способен привести в состояние шока и изумления любого человека, знакомого с генетическими механизмами.
Мы знаем, что когда с какого-то гена снята матричная РНК, она затем попадает в объятия рибосомы, которая строит белок в соответствии с генетическим кодом. Подробнее о рибосоме: https://goo.gl/Apy5Q3, https://goo.gl/DshMKw. О генетическом коде: https://goo.gl/qS2jHL.
Любой минимально знакомый с генетикой человек знает, что каждой аминокислоте соответствует одна или несколько троек нуклеотидов, и когда рибосома строит по матричной РНК (мРНК) белок, то она аккуратно двигается прыжками именно по 3 нуклеотида. Если вдруг произойдет сбой в ДНК и какой-то нуклеотид вклинится в ген или, наоборот, удалится оттуда, то такая мутация будет иметь очень серьезные последствия, ведь вся система троек сломается, и рибосома будет строить вообще не тот белок.
Но! Как говорилось в «Кавказской пленнице», тот, кто нам мешает, тот нам поможет… И клетки научились использовать такие смещения рамки считывания для того, чтобы по одному и тому же гену строить более разнообразные и нужные белки. Происходит это так. Рибосома идет своим ходом, считывает триплеты нуклеотидов, присоединяет одну за другой аминокислоты к строящемуся белку. Все отлично. И вдруг!… Вдруг рибосома останавливается. И после этого происходит невероятное — после этого рибосома сдвигается на один нуклеотид назад. Не на один триплет, подчеркиваю, а на один нуклеотид! То есть происходит то, что всегда в сознании генетиков сопряжено с болезнями клеток — происходит сбой рамки считывания. После этого рибосома вставляет в строящийся белок еще одну аминокислоту, которая НЕ ЗАПИСАНА в гене и которая соответствует триплету в сдвинутой рамке считывания, потом встречает, к примеру, стоп-кодон и трансляция заканчивается, белок готов. Удивительно тут то, что последняя аминокислота не запланирована в самом гене. И это не ошибка, как можно было бы подумать. Это именно запрограммированная, планомерная операция, производимая рибосомой. Как именно осуществляется программирование такого ее поведения, это еще загадка.
Если твой мозг еще не устал, давай посмотрим детально на простом примере, как это происходит.
Допустим, у нас в середине мРНК идет такая последовательность триплетов нуклеотидов:
…AAG AGU GAA…
По ней рибосома строит соответствующий участок белка из трех аминокислот. Но в один прекрасный момент рибосома, пройдя триплет AAG, вдруг останавливается и делает шаг назад на один нуклеотид. Теперь перед ней впереди уже нет триплетов AGU и GAA, теперь перед ней уже другие триплеты — GAG и UGA:
…AAG AGU GAA… => …AA/G AGU GAA… => …GAG UGA…
Триплет GAG соответствует аминокислоте, которая в этом месте вообще не запланирована в исходном гене, а триплет UGA — это стоп-кодон. То есть синтез белка заканчивается, и он отправляется на работу.
Когда генетики увидели вот это, у них волосы на голове зашевелились. Ужасный сдвиг рамки считывания, который всегда, казалось бы, приводит лишь к тяжелым проблемам для клетки, вдруг оказывается запрограммированным и очень полезным механизмом.
Впоследствии генетики обнаружили, что существует еще целый ряд других способов, подобных вышеописанному сдвигу рамки считывания, в результате которых клетка строит то, что в генах вовсе и не записано, чего вовсе нет в зрелых матричных РНК.
Каждый раз, когда нам кажется, что мы что-то хорошо поняли, клетка преподносит нам удивительные сюрпризы:)