Роджер Корнберг, потомственный нобелевский лауреат и сопредседатель консультационного научного совета фонда Сколково (наряду с другим нобелевским лауреатом, Жоресом Алферовым) выступил на конференции FEBS 2013 с лекцией о механизмах транскрипции. «Лента.ру» решила поговорить с выдающимся ученым о науке и о его работе в фонде.
Роджер Дейвид Корнберг (Roger David Kornberg) — не просто нобелевский лауреат-биохимик, но и сын нобелевского лауреата-биохимика. Его отец, Артур Корнберг, был удостоен высшей научной награды в 1959 году за исследования ДНК-полимеразы, фермента, копирующего генетический материал, центрального фермента для размножения. Главные исследования Корнберга-младшего были в некотором смысле продолжением работы отца, — он занялся исследованием синтеза РНК.
В настоящее время группа Корнберга в Стенфорде по-прежнему занимается исследованием структуры транскрипционной машинерии. Однако на этот раз речь идет уже не об отдельной РНК-полимеразе. На лекции FEBS нобелевский лауреат рассказывал о том, как его группа пытается определить структуру всего стартового комплекса, в который входят, помимо полимеразы, также присоединяющиеся к ДНК факторы транскрипции и белки медиатора. Для этого ученые используют уже не рентгеноструктурный анализ (здесь, видимо, ограничения кристаллизации достигли своего предела), а электронную микроскопию, совмещенную с очень изящным анализом изображения. Пока сложно сказать, насколько полученные Корнбергом структуры действительно относятся к тому, что имеет место в клетке (результаты пока тяжело согласуются с данными конкурентов), однако они уже позволяют провести некоторые проверочные эксперименты.
Корнберг, пытаясь разобраться с тем, как РНК-полимераза проезжает «сквозь» связанные с ДНК белки, установил структуру гистонов и показал, что эти белки выступают в роли не бусин, через которые продета ДНК (как считали тогда многие), а катушек, на которые она намотана. Затем его группе в Стэнфорде удалось показать, что для запуска синтеза РНК необходим огромный белковый комплекс, так называемый медиатор, который является связующим звеном между самой РНК-полимеразой и регуляторными белками, которые привлекают ее к определенным местам на ДНК. И изучение гистонов, и открытие медиатора сами по себе были очень важными для биологии исследованиями, однако нобелевскую премию Корнбергу принесла другая работа в области транскрипции.
Долгие годы ученый и его сотрудники параллельно с другими экспериментами пытались получить кристаллы РНК-полимеразы. Они были необходимы Корнбергу для того, чтобы по дифракции рентгеновских лучей на кристаллах восстановить поатомную структуру фермента. Ранее таким же методом Макс Перутц и Джон Кендрю определили строение гемоглобина, а Уотсон и Крик — структуру ДНК. Причем за обе работы были вручены нобелевские премии. Но и ДНК, и даже гемоглобин по сравнению с «белковым комбайном» РНК-полимеразы — это очень простые и компактные молекулы, поэтому в то время, когда амбициозный проект Корнберга только начинался, большинству ученых он казался совершенно неосуществимым.
Вместо того чтобы пытаться кристаллизовать огромный комплекс полимеразы обычным способом, группа Корнберга решила собрать фермент на мембране и получить, таким образом, двумерный кристалл. Мембрана с присоединенными белками стала затравкой, на которой удалось вырастить обычные кристаллы. Наконец, не без помощи множества дополнительных ухищрений, группе Корнберга удалось получить поатомную структуру РНК-полимеразы. На ней молекулярные биологи смогли рассмотреть процесс транскрипции с такой подробностью, о которой раньше нельзя было и мечтать.
Иллюстрация РНК-полимеразы на основе структуры, полученной группой Корнберга
Изображение: David Bushnell, Ken Westover and Roger Kornberg, Stanford University
О кристаллах
В последние годы появилось несколько работ, в которых ученые тем или иным способом пытались преодолеть сложность кристаллизации — «бутылочного горлышка» всего рентгеноструктурного метода. В одной из таких работ, о которой «Лента.ру» уже писала, ученые предложили использовать вместо кристаллизации специальный ячеистый полимер, в котором белки собирались бы в организованные структуры. На сегодня таким способом удалось узнать структуру только одного небольшого полипептида, однако потенциально этот метод может быть применен и к большим белкам. Роджер Корнберг отозвался о таких попытках обойти кристаллизацию весьма осторожно.
«Лента.ру»: В свое время вам пришлось потратить огромное количество усилий для того, чтобы получить кристаллы РНК-полимеразы. Недавно появились работы, которые позволяют надеяться, что рентгеновскую структуру можно будет получать без кристаллизации, при помощи специальных ячеистых полимеров. Как вы думаете, получит ли распространение такая технология?
Роджер Корнберг: Я, честно говоря, не думаю, что это станет общераспространенным методом. Проблема этой технологии в том, что для получения детальных рентгеновских структур необходима очень высокая точность позиционирования молекулы. Возможно, в некоторых особых случаях ее можно будет добиться, но в целом, полагаю, никаких способов обойти стандартные процедуры кристаллизации при рентгеноструктурном анализе пока нет.
Если говорить о будущем, то мы надеемся, что со временем можно будет получать очень подробные структуры молекул без какого бы то ни было их специального позиционирования. Полагаю, что со временем это удастся осуществить, но это очень сложная задача. Ее пытались решить как при помощи улучшения электронной микроскопии, так и с помощью рентгеновского лазера. Но до того момента, как эти методы станут действительно рабочими, должно пройти еще много лет.
О транскрипции
Открытие роли гистонов у ядерных организмов, к которому приложил руку Роджер Корнберг, в свое время произвело революцию в биологии. Оказалось, что ДНК не только является носителем наследственной информации, но и что она сама часто бывает подчинена тем управляющим сигналам, которые записаны в виде химической модификации гистонов.
В последнее время одним из самых важных открытий в этой области было обнаружение дивергентной транскрипции — оказалось, что матричные РНК у ядерных организмов синтезируются не только в «правильном» направлении — так, как указывают управляющие элементы на ДНК, — но и в противоположном. Это оказывается возможным потому, что у ядерных организмов очень многие потенциальные точки инициации транскрипции скрыты гистонами. Когда эти «катушки для ДНК» по тем или иным причинам покидают свои положенные места, транскрипция начинается в разных направлениях и с разных точек. Недавно был установлен механизм, («Лента.ру» об этом тоже писала), благодаря которому клетки способны бороться с таким явлением, однако насколько оно на самом деле важно и какую роль играют эти «неправильные» РНК, пока не ясно:
«Лента.ру»: Раньше принято было считать, что в клетках транскрибируются только те участки генома, которые кодируют белки, РНК рибосом, некоторые малые РНК. Потом у ядерных организмов была открыта так называемая дивергентная транскрипция, стало понятно, что каждому гену можно сопоставить целый зоопарк различных РНК. В последнее время с развитием технологии глубокого секвенирования RNA-Seq появляется все больше работ, из которых следует, что в клетках транскрибируется едва ли не вся геномная ДНК. Значит ли это, что нам нужно переписать учебники биологии в этой части, или такая транскрипция случайна и не имеет существенного значения?
Роджер Корнберг: Любая транскрипция происходит при помощи тех же самых механизмов и тех же белков, о которых мы уже знаем. Она высоко специфична и тонко регулируется. Мне представляется крайне маловероятным существование случайной или нерегулируемой транскрипции в сколько-нибудь значительных количествах.
Напротив, мы знаем о большом количестве случаев, когда неожиданно открытые виды РНК оказывались носителями тех или иных важных функций. И я думаю, что со временем у большинства, если не у всех из таких молекул, может быть найдена какая-то функция. Такие РНК могут играть как функциональную, так и структурную роль.
Выступление Роджера Дэвида Кронберга на конференции FEBS в Санкт-Петербурге
Фото: Александр Ершов / «Лента.ру»
О Сколково
Роджер Корнберг известен в России, прежде всего, не своими исследованиями транскрипции, а тем, что является совместно с Жоресом Алферовым сопредседателем консультативного научного совета фонда Сколково. Впервые о назначении Корнберга в совет стало известно весной 2010 года, причем об этом сообщил Владислав Сурков, который тогда был первым замглавы администрации президента. Официально консультативный научный совет занимается только стратегическим планированием деятельности фонда, фактическая оценка потенциальных резидентов находится в ведении другого органа — экспертного совета. К нашей беседе о работе Сколково присоединился также Ричард Лернер — известный биохимик и коллега Корнберга по консультативному совету фонда.
Нынешняя конференция FEBS в Петербурге, по-видимому, самая крупная конференция по биохимии и биомедицине на территории России за всю историю. Какие у вас первые впечатления?
Это, безусловно, самая крупная конференция, на которой мне довелось побывать. Но я только что прилетел, поэтому еще почти ничего не видел. Единственное, что могу сказать прямо сейчас — список лекторов, без всякого преувеличения, звездный. Это лучшие ученые мира.
Как продвигается ваша работа в фонде Сколково?
Работа движется. Мы об этом как раз только что собирались говорить с профессором Лернером, который является партнером Сколково и сейчас присутствует здесь, на конференции FEBS.
За последние недели и месяцы стало гораздо яснее, как именно нам необходимо двигаться дальше, если мы хотим в конце концов добиться успеха. Я надеюсь, мы будем следовать этому пути. В таком случае есть перспектива того, что из этого выйдет что-то хорошее. Если нет, что ж, мы, по крайней мере, попытались. Пока же о результатах говорить очень рано.
В этот момент в разговор вступает Ричард Лернер.
Ричард Лернер: А что вы сами думаете об этом?
Роджер Корнберг: Да, как россиянин?
В последнее время работа Сколково была окружена скандалами. Взять хотя бы случай [депутата Госдумы] Ильи Пономарева.
Корнберг: Как рассказал нам Виктор Вексельберг, финансовые нарушения (irregularities), кстати, довольно небольшие, были обнаружены проверкой внутри самого фонда, а не внешними следователями. И информация о них была передана правоохранительным органам.
Лернер: Когда вы находите нечто подобное, главный вопрос заключается в том, что вы будете с этим делать, как вы будете реагировать.
Корнберг: Они доложили о том, что обнаружили. Но в этом случае, как вы знаете, вопрос приобрел политическую окраску. И в этом основная проблема. Потому что если финансовая сторона вопроса заключалась в объеме выплаченного гонорара за лекции, то политическая сторона сводилась к тому, что он является членом оппозиции.
Как сказал Виктор, это был изолированный случай и не стоит из-за такого отказываться от всего проекта. Тем более что это не было его оплошностью.
Лернер: Он прав. Как мне кажется, научный совет пытается найти лучшее решение, возможное в этом случае.
Корнберг: Когда я был в Киеве, я долго разговаривал с Виктором [Вексельбергом]. Единственный способ добиться успеха проекта заключается в том, чтобы мы с ним договорились о процедуре [экспертизы]. Мы увидим всё [все проекты] уже на финальной стадии. Речь идет всего о двадцати грантах или около того. Он передаст их нам, и мы выскажем свое мнение.
Это послужит двум задачам. Во-первых, он получит единственный экспертный взгляд, на который стоит тратиться. С другой стороны, это защитит его самого. Потому что когда что-то, что будет поддержано, завершится неудачей (а с большинством проектов так и произойдет), он сможет с полным правом сказать, что его решение было принято на основе мнения научного совета. Я говорил Виктору, что это лучшая процедура с точки зрения интересов проекта и единственный путь к его успеху.
Об Академии
Коллега Корнберга по научному совету Сколково Жорес Алферов является последовательным противником курса министра науки и образования Дмитрия Ливанова. Из-за разногласий с министром нобелевский лауреат сначала покинул пост председателя общественного совета при Минобрнауки, а затем, после того как стало известно о предстоящей реформе и слиянии академий, неоднократно выступал с критикой как закона, который он назвал «ужасным», так и самого министра, с которым «невозможно работать». Оказалось, что Роджер Корнберг практически полностью разделяет взгляд своего коллеги на ситуацию вокруг РАН.
И последний вопрос. Вы знаете о том, что происходит сейчас с российской Академией наук? Как вы можете прокомментировать эту ситуацию?
Роджер Корнберг: Судя по тому, что я понял, это будет губительно. Мне говорили, что сто тысяч российских ученых потеряют работу, если это произойдет. Что может быть хуже для российской науки? Возможно, некоторые реформы нужны, они нужны в любой стране, и Россия, полагаю, не исключение. Но это должны быть реформы, которые улучшают качество науки и производительность организации. Уничтожение Академии наук — это не решение какой бы то ни было проблемы.
Ну, речь все-таки не идет об увольнении всех сотрудников РАН. Многие российские ученые выступают как раз за реформы.
Я полагаю, мы все выступаем за реформы, вопрос в том, о какой реформе идет речь. Я не думаю, что приватизация всей собственности академии, которая, как я понимаю, на самом деле лежит за всем этим, имеет какое-то отношение к ключевому вопросу — как усилить российскую науку?
Лишение академии ресурсов может только навредить. Они принадлежали и, как я понимаю, приносили значительные средства академии сотни лет со времен Петра I. Я не вижу логики в том, чтобы лишать академию этих ресурсов, если только эта логика не заключается в том, чтобы в конце концов передать эти ресурсы в частные руки, как это уже было в России с промышленностью.
Хочу подчеркнуть, я не обладаю каким-то особенным знанием обо всем этом. Все, что я говорю, основано на разговорах с коллегами, поэтому мое мнение имеет мало отношения к делу. Но впечатление, которое у меня сложилось, заключается в том, что такие изменения не принесут пользы российской науке.