Выключатель для генов

Любовь, пусть даже это любовь к крохотным круглым червям Caenorhabditis elegans, способна вершить чудеса

Круглый червь Caenorhabditis elegans может достигать миллиметра в длину. Может быть самцом или гермафордитом. Его генетический аппарат очень прост и потому благоприятен для исследований. Фото: National Institute of General Medical Sciences

2 октября 2006 года в Стокгольме назвали имена лауреатов Нобелевской премии по физиологии и медицине. Ими стали американцы Крейг Мелло (Craig C. Mello) и Эндрю Файер (Andrew Z. Fire). Свои 1,4 миллиона долларов Мелло и Файер получат 10 декабря за исследования РНК червя Caenorhabditis elegans. По формулировке нобелевского комитета, именно благодаря этим исследованиям они совершили «открытие РНК-интерференции — эффекта гашения активности определенных генов».

До начала 1990-х годов РНК (рибонуклеиновую кислоту) рассматривали в основном как «падчерицу» при ДНК, хотя по структуре эти нуклеиновые кислоты схожи. Однажды селекционеры, задумав вывести темно-бордовую петунию, ввели в клетки красноцветковой петунии ген, ответственный за синтез красного пигмента. Логично было предположить, что экспрессия (от лат. expressus, -a, -um — выразительный, явный) гена приведет к усилению насыщенности окраски. Но этого почему-то не произошло! Более того, белок, отвечающий за окрас, вообще не синтезировался и, соответственно, вместо красных цветов вырастали белые.

Крейг Кеймерон Мелло родился в 1960 году. С детства страстно увлекался динозаврами и древней историей мира, поскольку его отец был палеонтологом. В 1990 Крейг получил ученую степень кандидата биологических наук в Гарвардском университете. С 2003 — профессор молекулярной медицины Института Говарда Хьюза (Howard Hughes Medical Institute University Medical School in Worcester). Фото: Robert Carlin

У каждого ученого есть свой излюбленный объект, у кого-то это — растения, а у Эндрю Файера и Крейга Мелло — крохотный круглый червь (нематода) Caenorhabditis elegans. У эмбриологов и генетиков это животное весьма популярно, поскольку его тело состоит всего из 945 клеток, и за развитием каждой из них можно проследить. С человеком такой фокус не очень-то пройдет, поскольку в нашем организме около ста триллионов клеток (10¹⁴).

Ученые пытались проделать с эмбрионами С. elegans примерно ту же манипуляцию, что и с петунией, немного усложнив метод. В клетки развивающегося червя вводили искусственно полученные копии ДНК, которые, по идее, должны были усилить какое-либо определенное свойство организма. Но вместо этого, наоборот, происходило «гашение», что отчасти напоминало своеобразную «иммунную реакцию». Возможно, данный феномен так бы и не был разгадан, если бы Эндрю и Крейг не обратили внимание на появление «малых» РНК во время этих опытов. Другие ученые тоже видели короткие двуцепочечные молекулы (большинство клеточных РНК состоят из одной нити), но не уделяли им должного внимания, гораздо больше интересуясь проблемами рРНК (рибосомальных РНК). Более того, раньше выделяли всего несколько типов РНК, но в дальнейшем эта систематика усложнилась. Те самые «малые» РНК назвали сиРНК (siRNAs) — small interfering RiboNucleic Acids или малые интерферирующие рибонуклеиновые кислоты, и сиРНК «влились» в стройные ряды своих «собратьев» — мРНК (mRNAs), тРНК (tRNAs), рРНК (rRNAs), сРНК (sRNAs), сно (snoRNAs) и микроРНК (miRNAs) (согласно Richard Twyman).

В судьбоносном 1998 году Мелло и Файер опубликовали данные своих исследований С. еlegans. Они привели убедительные доказательства того, что все странные случаи «подавления» активности генов — вовсе не артефакты, а закономерное воздействие сиРНК (Nature 391, в 1998, 806). За это открытие в марте 2006 в церкви св. Пауля Франкфурта-на-Майне Крейгу и Мелло вручили премию им. Пауля Эрлиха и Людвига Дармштедтера в размере 100 000 евро.

Эндрю Файер родился в 1959 году. Изучив математику и биологию в Калифорнийском университете в Беркли, с конца 1970-х занялся исследованием экспрессии генов в Массачусетском технологическом институте (MIT). С 2004 — профессор патологии и генетики Стэнфордского университета (Stanford University School of Medicine). Фото: Linda A. Cicero/Stanford News Service

После такого всемирного признания логично было предположить, что отныне достаточно ввести человеку внутривенно нужную сиРНК, как она «выключит» взаимодействие клетки и ВИЧ (СПИД), гепатита С и других вирусов или развитие раковых клеток. Открытие действительно имеет огромные перспективы в практической медицине, а популярность РНК-интерференции набирает обороты. Некоторые ученые меняют тему на более «модную», а кто-то даже говорит в кулуарах, что «запахло» грантами и большими деньгами. В США и Германии получены интересные результаты на более сложных, чем нематода, объектах — дрозофилах и мышах. Предполагается, что сиРНК выполняет множество полезных функций — защищает клетки от повышения уровня мутаций, воздействуют на ДНК и участвует в правильном формировании организма.

Однако говорить с полной уверенностью об открытии панацеи рано. Существует много других способов «выключить» ген, но работа сиРНК привлекает своей специфичностью и быстродействием. Эти «плюсы» сиРНК являются одновременно и «минусами» — например, сиРНК недолговечны, быстро разрушаются, следовательно, предполагаемому больному придется вводить все новые и новые сиРНК.

Серьезные ученые обычно всю жизнь кропотливо изучают одну молекулу, один белок, несмотря на недоумение окружающих — мол, немедленно, здесь и сейчас подайте нам пилюлю от всего! Крейг Мелло и Эндрю Файер уже оставили свой след в научной летописи, в следующем году мы услышим новые имена, и однажды мозаика исследований сложится в целостную картину жизни.

Ольга Кувыкина, 04.10.2006

Новости партнёров