«Малые интерферирующие рнк» – «выключатели» гена и сред- ство для ингибирования пролиферации раковых клеток

В клетке каждого типа организма одинаковый набор генов. Но только часть из них работает. Причем в одном типе – одни, а в другом типе клетки – другие гены. Мы еще не знаем, какие гены в клетке разного типа включены, а какие нет.

Включение или экспрессия гена – это синтез копии его кодирующей цепочки – иРНК, а по ней как на матрице синтез белка в рибосоме клетки.

Этот процесс происходит в клетке так:

- две цепи ДНК в нужном месте разделяются, открывая ген, т.е. участок кодирующей цепи-

- к нуклеотидам его по принципу комплементарности оснований присоединяются нуклеотиды, образуя одноцепочечную информационную РНК (иРНК). В ней, в отличие от ДНК, основание Т (тимин) заменяется основанием

– У (урацил).

Этот процесс переноса информации с гена на РНК с образованием иРНК называется транскрипцией гена. По такому принципу на разных генах в клетке образуется также транспортная (тРНК) и рибосомная РНК (риб-РНК).

иРНК несет в себе всю информацию гена, кроме той, что в интронах гена,

– она удаляется при созревании иРНК. иРНК передает информацию на риб- РНК в рибосоме клетки. тРНК доставляет к рибосоме части для белков – аминокислоты в соответствии с той инструкцией, что в иРНК. Так на рибосоме строится полипептидная цепь, но обычно цепи, образующие молекулы белков.

Понимание молекулярных причин «включения» и «выключения» генов позволит управлять этим процессом и держать его под контролем, чтобы, например, предупредить возникновение из нормальной клетки раковой клетки.

В клетке гены, кодирующие белки, составляют 2%, а вне-генная, т.е. не кодирующая белки остальная часть ДНК, составляет 98% генома клетки. Поэтому ее назвали – «junk» ДНК, что означает «хлам, утиль». Но «не кодирует» – не значит, что «не используется».

Оказалось, что во «вне-генной» части имеется множество генов, которые «разбросаны» внутри обычных генов и между генами. Но их продуктом является не белок, а «малые» РНК. В класс «малых» молекул РНК включают молекулы, содержащие короткой длины цепочки нуклеотидов.

Отличия «малых» РНК от трех клеточных РНК:

- они из двух цепей нуклеотидов, которые спариваются друг с другом по принципу комплементарности, что и в ДНК хромосом-

- по 3 концам каждой из цепочек всегда остается два неспаренных нуклеотида.

В клетке «малые» РНК заняты другим делом: регулируют работу обычных генов. Они включают их экспрессию или выключают их из экспрессии, когда это нужно в клетке.

История «малых РНК» клетки началась в начале 90-х годов ХХ в. с экспериментов ученых на цветке «петуний», а затем на черве C.elegans. На обоих живых существах ученые пытались усилить выражение определенного признака. Для этого они вводили в их клетки копии гена, т.е. иРНК этого признака. Но вместо усиления выражения, т.е. экспрессии гена, происходило его «замолкание». В биологии это обозначают термином – «сайленсинг» от англ. «silencing»

– молчание, немота. Причиной этого явления оказалась малая интерферирующая РНК (siRNA), которую открыли в 1998 г. ученые из США Эндрю Файр (Andrew Z. Fire) и Крэйг Меллоу (Craig C. Mello). Эти РНК обладают способностью «выключать» гены путем разрушения их иРНК. Эффект «гашения» экс- прессии гена «малыми РНК» назван РНК-интерференцией, а короткие молекулы, вызывающие его, назвали siРНК (short interfering RNAs, малые интерферирующие РНК). Это самые короткие молекулы, состоящие у млекопитающих всего из 21-23 нуклеотида.

Вначале было непонятно, как siРНК появляется в клетке после введения в нее копии гена. Авторы открытия выяснили, что в клетке есть молекулярный механизм для синтеза этой молекулы и накопления ее. Механизм РНК- интерференции в клетке запускается двухцепочечной РНК (дцРНК) и осуществляется в несколько этапов.

1-й этап. Белок Дайсер нарезает дцРНК на фрагменты, содержащие короткие в 21 нуклеотид фрагменты РНК. Это уже siРНК.

2-й этап. Такие фрагменты захватывается комплексом белков – RISC (RNA induced silencing complex).

3-й этап. В комплексе дуплекс коротких РНК расплетается, и только одна цепь siРНК остается в нем. Это фрагмент антисмысловой цепочки гена.

4-й этап. Комплекс RISC с помощью антисмысловой цепи siРНК сканирует молекулы РНК клетки. siРНК-наводчик находит комплементарную ей последовательность нуклеотидов в соответствующей смысловой иРНК, т.е. копии гена и разрезает ее. Теперь в клетке уже нет иРНК, а, значит, нет и синтеза бел- ка гена.

Ни один из блокаторов гена, известных до сих пор, не обладает такой специфичностью к своему гену-мишени. Основная функция siРНК – защита генома клетки. Эти молекулы предохраняют геном от мутаций, генов извне – от вирусов, а также от транспозонов.

Итак, ученые доказали, что siРНК в клетке блокирует тот ген, матричная цепь которого комплементарна антисмысловой цепи внутри siРНК. Мишенью для молекулы является не сам ген, а его иРНК. То есть ген «выключается» путем разрушения его копии – иРНК, после выхода ее из ядра в цитоплазму клет- ки. Каждая siРНК распознает и разрушает только свою специфическую иРНК и не вызывает никаких побочных эффектов. Замена даже одного нуклеотида внутри siРНК резко снижает эффект интерференции.

Открытие siРНК в 2002 г. признано важнейшим открытием года в списке десяти открытий. Введение в клетку siРНК – это новый метод «выключения» гена (Рис. 1).

Рис.1.

Этапы «РНК-интерференции» в клетке

(рис. и цит. по: Т. Бархато- ва, 2005).

В отличие от антисмысловых РНК, siРНК – «инструмент многоразового использования». Они связываются все с новыми и новыми молекулами специфической иРНК, выводя каждый раз их из строя.

Раскрытие генома человека в 2000 г. – это открытие нуклеотидной карты ДНК человека. Однако, эта карта описывает только последовательность нуклеотидов в каждом гене, но не функции гена. Чл.-корр. Л. Киселев (2006) считает, что теперь стало возможным перейти к созданию карты функций генов. Эта работа, по мнению Л. Киселева, может быть закончена уже через один-два года.

Метод «выключения» гена очень необходим не только для выяснения функций каждого гена в клетке, но и для «выключения» гена-причины, вызывающего ту или иную болезнь, в том числе возникновение раковой клетки из нормальной клетки ткани. Выяснив гены-причины раковой клетки, можно «заглушить» гены, – значит, предупредить и возникновение рака.

Для выявления функций гена необходимо иметь клетки в культуре, и, используя метод Файера и Меллоу, можно по очереди выключать ген за геном и смотреть, какие функции клетки при этом пропадают или появляются. Так люди будут впервые знать, какую функцию или функции выполняет каждый ген в клетке (Л. Киселев, 2006).

За открытие «РНК-интерференци» – подавления генов двухцепочечной РНК, американским ученым Эндрю Файер и Крейг Меллоу присуждена Нобелевская премия в области медицины и физиологии за 2006 г.

Успех применения препарата siРНК зависит от доставки его в клетки- мишени и защиты его от воздействия ферментов клетки. siРНК должны находиться в клетке достаточно долго, чтобы выполнить свою роль – найти специфические иРНК и связаться с ними. Препарат представляет собой синтезированные in vitro двухцепочечные РНК длиной в 21 нуклеотидную пару. Чтобы молекула-препарат легче проникала в клетку и не разрушалась, к молекуле присоединяют липофильную группу (Г. Стикс, 2005). Предполагается, что со временем короткие двухцепочечные РНК можно будет вводить в кровоток пациента и лечить системные болезни. Рак с размера узелка 2 мм в диаметре тоже становится системной болезнью.

Джон Марганоре (J.M. Marfganore, 2006) из США пишет, что у животного единичная доза siРНК сохраняет активность в организме в течение 22 суток.

«Если то, что проделано с клетками млекопитающих в культуре, удастся повторить на уровне целого организма, мы получим уникальный метод создания лекарственных препаратов. Осуществится заветная мечта, можно будет прицельно выводить из строя нужные гены».

С открытием «РНК-интерференции» появилась возможность подавлять избыточный или недостаточный синтез определенных белков в нормальной клетке, что может превратить ее в раковую клетку. Ученые предполагают, что этот метод должен быть лишен побочных эффектов, которыми сопровождаются другие методы лечения рака. Однако надо прежде провести соответствующие

исследования на животных, а затем и на пациентах.<< ПредыдушаяСледующая >>
Внимание, только СЕГОДНЯ!