До недавнего времени картина мира представлялась достаточно простой в глазах молекулярных биологов. Все укладывалось в широко известную догму-слоган, провозглашавшую «ДНК делает РНК, которая делает белок». Другими словами, вся генетическая информация почти полностью реализуется на уровне белков, которые и являются «главными игроками на поле». Открытие в 1998 году РНК-интерференции и последующие за ним несколько лет, буквально взорвали господствующую парадигму обилием новых удивительных результатов. Теперь новый лозунг заявляет свои права на существование рядом со старой догмой: «РНК делает РНК, которая не делает белок».

Генетическая информация, содержащаяся в длинных продуктах транскрипции (РНК), конвертируется в короткие ~20-30-нуклеотидные РНК, которые представляют собой результат процессинга (в данном случае, «нарезания» длинных РНК) и не кодируют никаких белковых молекул. Так образуются микроРНК (миРНК) и короткие интерферирующие РНК (киРНК). Эти маленькие РНК запускают различные механизмы генной репрессии, в основе которых лежит взаимодействие по принципу комплементарности нуклеиновых кислот. Сюда входят расщепление и деградация матричных РНК (мРНК), репрессия трансляции (белкового синтеза на матрице) мРНК, метилирование ДНК, образование гетерохроматина (неактивных участков хромосом); наблюдаемые у таких различных эукариот, как делящиеся дрожжи, растения, грибы, нематоды, мухи и люди. Все эти процессы объединяются под одним названием РНК-зависимой репрессии генов.

Согласно результатам последних исследований, в добавок к классическим коротким некодирующим РНК — транспортным РНК, малым ядерным РНК и малым ядрышковым РНК — наши клетки производят на удивление большое число маленьких РНК, направляющих взаимодействие разных белковых комплексов с определенными последовательностями нуклеиновых кислот. К таким регулирующим экспрессию генов коротким РНК относятся миРНК, группа природных (эндогенных) киРНК, а также РНК, взаимодействующие с белками семейства Piwi.

Первые миРНК были найдены у нематоды Caenorhabditis elegans, с тех пор сотни их были обнаружены в различных многоклеточных организмах. Как у растений, так и у животных, миРНК вовлечены в разнообразные процессы индивидуального развития организма, включая временной контроль, смерть, пролиферацию и дифференцировку клеток; органогенез и формирование нервной системы. Считается, что основной функцией миРНК является «тонкая настройка» белкового репертуара того или иного типа клеток и последующее поддержание программы развития клетки после окончания ее дифференцировки. Таким образом, не казалось удивительным, что миРНК обнаруживали только в многоклеточных организмах. Природа не наделила этим классом малых РНК ни делящиеся дрожжи Schizosaccharomyces pombe, ни простейших вида Tetrahymena thermophila, в которых, как известно, работают механизмы РНК-зависимой репрессии генов.

Тем более поразительным кажется обнаружение десятков миРНК в геноме одноклеточной зеленой водоросли Chlamydomonas reinhardtii. Ученые ожидают, что на самом деле число миРНК в этом организме может быть на порядок выше, что поровняет хламидомонаду по этому показателю с более развитыми многоклеточными. Найденные миРНК оказались функциональными. Механизм их действия схож с таковым у растений, где миРНК направляют расщепление РНК-мишени, имеющей участок последовательности, комплиментарный миРНК. У животных, в свою очередь, миРНК подавляют трансляцию своих РНК-мишеней, а не вызывают их расщепление.

Поскольку последовательности и механизм действия миРНК растений и животных разные, считалось весьма вероятным, что миРНК возникли независимо в процессе эволюции в животной и растительной линии, как часть сложного регуляторного механизма, связанного с многоклеточностью. Сегодня же в свете последних находок становится ясно, что миРНК гораздо древнее, чем ожидалось, возможно, они существуют уже более миллиарда лет.

Не совсем ясно, зачем такому простому организму миРНК. Исследователи считают, что миРНК помогают хламидомонаде приспосабливаться к максимально разнообразным условиям обитания. Так, например, некоторые РНК-мишени хламидомонады кодируют белки, связанные с функционированием жгутиков, которые водоросль отбрасывает при некоторых типах стрессов, а потом регенерирует.

Литература

1. Lucy Odling-Smee. (2007). Complex set of RNAs found in simple green algae. news@nature. 447, 518-518;
2. T. Zhao, G. Li, S. Mi, S. Li, G. J. Hannon, et. al.. (2007). A complex system of small RNAs in the unicellular green alga Chlamydomonas reinhardtii. Genes & Development. 21, 1190-1203;
3. Attila Molnár, Frank Schwach, David J. Studholme, Eva C. Thuenemann, David C. Baulcombe. (2007). miRNAs control gene expression in the single-cell alga Chlamydomonas reinhardtii. Nature. 447, 1126-1129.