Молчание генов

Нобелевская премия по медицине присуждена за открытие РНК-интерференции

Нобелевскую премию за открытия в области медицины и физиологии в 2006 году получили в равных долях американские ученые Эндрю Файр (Andrew Z. Fire) и Крэйг Меллоу (Craig C. Mello) за "открытие РНК-интерференции - подавления генов двухцепочечной РНК".

На гребне волны

В каждой клетке живого существа находится полный набор полученных по наследству генов. Но только часть из них работает, заставляя одну клетку вырабатывать желчь (если это клетка печени), а другую – передавать нервный импульс (если это клетка мозга). Исследование механизмов, определяющих, какие именно гены будут функционировать в данной клетке – передний край современной науки. Именно за исследования в этой области, лежащей на стыке медицины, биологии и химии вот уже несколько десятилетий присуждается значительная часть научных премий.

Понять механизмы, "включающие" и "выключающие" гены, – значит получить возможность управлять процессами эмбрионального развития, старения, держать под контролем рак, многие "наследственные" болезни и ряд патологий, при которых в наследственный материал организма внедряется чужеродная генетическая информация вирусной природы.

Молчание генов

Открытие Файра и Меллоу раскрывает фундаментальный механизм функциональной избирательной инактивации генов, имеющийся у всех живых существ.

Генетическая информация закодирована в последовательности элементов, составляющих молекулу дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Фактически, в ДНК содержится инструкция, по которой работает вся клетка. Передает информацию из ДНК в соответствующие части клетки специальная информационная рибонуклеиновая кислота (РНК). Устройство РНК само по себе тоже закодировано в ДНК.

Однако сила выраженности признака (то есть количество вырабатываемого клеткой соответствующего белка), как выяснилось в экспериментах, не увеличивается пропорционально количеству генов с соответствующей "инструкцией". Например, при искусственном введении в клетки петуний дополнительных копий генов, отвечающих за синтез красного пигмента, листья этих растений становились не еще более бордовыми, а почти белыми.

Причиной этого феномена оказалась открытая Файром и Мэллоу малая интерферирующая РНК (siRNA). Эти РНК обладают способностью "выключать" гены, воздействуя на процесс передачи "инструкций" между ДНК и всей остальной машинерией клетки.

Ни один из блокаторов генов, известных до сих пор, не обладает такой исключительной специфичностью по отношению к своему гену-мишени.

Основная функция этого механизма – защита наследственной информации. Механизм, связанный с siRNA предохраняет нас как от спорадических мутаций, так и от внешних атак на нашу наследственную информацию.

Практика

Основные принципы работы описанного механизма понятны, увы, куда меньшей части человечества, чем, скажем, устройство ракетного двигателя. Однако открытия Файра и Мэллоу имеют куда больше отношения к реальной жизни, чем любой эксперимент на МКС.

Уже сейчас siRNA широко используется в научных лабораториях. Выключая произвольно выбранные гены с ее помощью, биологи могут безошибочно определить функцию каждого конкретного участка ДНК, отмечая, какие функции клетки отключаются в соответствующем эксперименте.

Терапевтические методики на основе механизма РНК-интерференции позволят разработать специфическое лечение для вирусных заболеваний, при которых мы пока можем только усиливать неспецифические формы иммунитета.

Причиной рака также нередко бывает "выход из-под контроля" определенных генов в клетке. "Заглушить" их – значит прекратить развитие злокачественного новообразования.

siRNA уже опробуется для лечения начальных стадий рака шейки матки. Это заболевание может быть поставлено под контроль при помощи геля, содержащего siRNA. Лекарство блокирует синтез белков, трансформирующих здоровые клетки в злокачественные.

Доставка siRNA в клетки осуществляется с помощью липосом, которые входят в состав геля. Проблема аналогичных методик в основном заключается в том, что малые РНК не могут просто так проникнуть в клетку, а в кровеносном русле и вовсе уничтожаются. Значит, они должны доставляться в больные клетки специальными переносчиками, разработка которых представляет отдельную биоинженерную задачу. "Упаковка" siRNA в липидные капсулы – один из возможных путей преодоления этого препятствия.

Кроме того, siRNA действует не на сами гены, а только лишь на скопированные с них "инструкции". Таким образом, введение короткой интерферирующей РНК имеет краткосрочный эффект. Очевидно, что в ряде случаев это свойство открытого нобелевскими лауреатами механизма полезно, а в ряде, наоборот, затрудняет лечебный процесс.

Так или иначе, ценность чудесной возможности произвольно, безопасно и обратимо выключать любой ген в живом организме настолько очевидна для научного сообщества, что для признания этого открытия Нобелевскому комитету потребовалось всего восемь лет.

Евгений Паперный