Как клетката контролира молекулярните "влакове", Наука и живот
Сблъсъкът на големи протеинови комплекси върху ДНК води до много вредни мутации. За да не се случи това, клетката просто изпуска предварително един от молекулярните „влакове“ от „релсата“ на ДНК, отстъпвайки място на друг.
Активно делящите се клетки са изправени пред сериозен молекулярен проблем - как да предотвратят сблъсъка на протеини от апарата за репликация на ДНК и протеини от апарата за транскрипция. Без репликация или дублиране на ДНК няма да има възпроизвеждане, от друга страна, клетката постоянно се нуждае от нови протеинови молекули (включително за да обслужва процеса на делене), което означава, че трябва постоянно да синтезира много иРНК (т.е. транскрипция), върху които след това рибозомите ще сглобяват полипептидните вериги на протеините. Проблемът е, че ензимните комплекси работят с различна скорост - РНК полимеразата, участваща в транскрипцията, работи по-бавно от ДНК полимеразата, участваща в репликацията. Както репликацията, така и транскрипцията се извършват от огромни сложни протеинови комплекси. И тъй като те трябва да работят върху едни и същи ДНК молекули, има голяма вероятност да се сблъскат, дори ако се движат по дължината на ДНК в една и съща посока.
Преди това се смяташе, че само челният сблъсък води до неприятни последици за клетката, но ако и двата протеинови апарата се движат в една посока и бързият комплекс настигне бавния, тогава той просто се забавя. Преди няколко години обаче изследователи от университета в Нотингам (Великобритания) показаха, че дори тогава всичко завършва с мащабно „дерайлиране“. Какви неприятни последици може да има? Когато ДНК полимеразният комплекс се откъсне от ДНК молекулата, влизат в действие така наречените протеини за обновяване на репликацията, чиято задача е да засадятДНК-синтезираща машина обратно към ДНК. Това значително увеличава вероятността от грешки в процеса на копиране, тоест новосинтезираната ДНК молекула ще бъде с мутации, които могат да причинят различни заболявания, включително рак. Вероятността за такъв сценарий е особено висока, когато има често използвани гени: много копия на иРНК се отстраняват от тях за последващ протеинов синтез и когато ДНК полимераза се приближи до такъв ген, тя се сблъсква с цял низ от бавни РНК полимерази, което значително увеличава вероятността от грешки при репликация. (Грешките в процеса на синтеза на иРНК не са повод за безпокойство - РНК полимеразата "се заблуждава" води до образуването на недостатъчно синтезирана иРНК, която рутинно се разцепва от вътреклетъчни ензими.)
Но би било странно да се предположи, че клетката няма инструмент за предотвратяване на сблъсък на молекулярни "влакове". Такъв инструмент е описан в статия вCellот Робърт Мартинсен (Robert Martienssen) и колегите му от Cold Spring Harbor Laboratory (САЩ). Оказа се, че това е добре познат протеин, наречен Dicer, но славата му е свързана със съвсем различен процес - РНК интерференция. Същността на РНК интерференцията е да се потисне активността на ненужни или опасни иРНК, но не всякакви, а само тези, посочени от специални къси РНК. Такива малки РНК могат или да започнат разцепването на целевите тРНК, или просто да спрат протеиновия синтез върху тях. Въпреки това, самите къси РНК трябва да идват отнякъде и точно тук е необходим протеинът Dicer - той разделя големи прекурсори на РНК на много малки сегменти, необходими за РНК интерференция.
Досега Dicer беше известен само в тази роля, но функциите му се оказаха по-широки. Оказа се, че помага да се избегнесблъсъци на репликационни и транскрипционни молекулярни машини в тези части на генома, където синтезът на РНК е особено активен. Той прави това, като просто изхвърля транскрипционните протеини от ДНК, като по този начин освобождава пътя за репликационния апарат. Продължавайки аналогията с влаковете, можем да кажем, че Dicer избутва по-бавен „влак“ от „релсите“, за да направи път на по-бърз. (Припомнете си, че прекъсването на транскрипцията почти не заплашва клетката с увреждане, за разлика от "срива" на репликационния апарат.) Ако Dicer не работи по някаква причина, тогава увреждането и загубата на ДНК фрагменти се натрупват в активно използваните части на генома, което се случва, когато клетката се опитва да поправи увредените области.
Тоест протеин, който, както се смяташе, работи само с гени, които трябва да мълчат, също участва активно в работата на гени, които трябва да работят постоянно. Вярно е, че като цяло функцията му тук е същата - Dicer прекъсва дейността на тези гени от време на време, макар и по различен начин. Подробностите за функционирането му остават да се видят; освен това бяха проведени експерименти с дрожди и би било интересно да се знае дали същият механизъм работи и в други еукариотни клетки. От практическа гледна точка Dicer може да помогне в борбата с рака и стареенето, тъй като колкото по-добре предотвратява молекулярни катастрофи в ДНК, толкова по-малко има причини за канцерогенеза и други молекулярно-генетични проблеми.