Эпигенетика. Как современная биология переписывает наши представления о генетике, заболеваниях и наследственности

Подобная загадка существует и в отношении Xist — наиболее изученной из всех длинных нкРНК. нкРНК Xist распространяется почти по всей репрессированной хромосоме X, но нам неизвестно, каким образом она это делает. Молекулы РНК обычно не обволакивают хромосомы. Нет никаких очевидных причин, по которым РНК Xist могла бы таким образом связаться с хромосомой, но нам известно, что это не имеет никакого отношения к последовательности хромосомы. Эксперименты, о которых рассказывалось в предыдущей главе (где Xist могла подавить всю аутосому при условии, что она обладала центром репрессии X), подтвердили, что Xist, оказавшись на хромосоме, просто продолжает перемещаться по ней. Ученые в большинстве своем по-прежнему недоумевают по поводу таких фундаментальных характеристик этой наиболее полно изученной из всех нкРНК.

А вот и еще один удивительный факт. До самого недавнего времени ученые считали, что все нкРНК подавляют экспрессию генов.

В 2010 году профессор Рамин Шикхаттар из Института Уистара в Филадельфии идентифицировал в некоторых типах клеток человека свыше 3 000 длинных нкРНК. Эти длинные нкРНК демонстрировали различные схемы экспрессии в разных типах клеток, а это заставляло предположить, что им отведены особые роли. Профессор Шикхаттар с коллегами исследовали небольшое количество длинных нкРНК с целью определения их функций. Они воспользовались проверенными и надежными экспериментальными методиками для подавления экспрессии тестируемых нкРНК, а затем проанализировали экспрессию соседних с ними генов. Предполагаемые и реальные результаты этого эксперимента показаны на рисунке 10.2.

^{Рис. 10.2. Считалось, что нкРНК подавляют экспрессию генов-мишеней. Если бы эта гипотеза была верна, то понижение экспрессии определенной нкРНК привело бы к повышению экспрессии этого гена, так как его репрессия уменьшилась. Это продемонстрировано в центре схемы. Однако, как выяснилось, большое число нкРНК в действительности усиливают экспрессию своих генов-мишеней. Это подтверждается экспериментами, в ходе которых понижение экспрессии нкРНК привело к результатам (см. на рис. справа)}

Протестировав двенадцать нкРНК, в семи случаях ученые получили результаты, показанные справа. Это противоречило ожиданиям, поскольку, как оказалось, около 50 процентов длинных нкРНК могут на самом деле повышать экспрессию соседних генов, а не понижать ее[137].

Авторы статьи, в которой описывались эти эксперименты, однозначно заявили: «Точный механизм, с помощью которого наши нкРНК способны усиливать экспрессию генов, неизвестен». И с этим мнением трудно не согласиться. Оно заслуживает уважения, так как недвусмысленно дает понять, что на настоящий момент мы просто не представляем себе, как это происходит. Работа Рамина Шикхаттара убедительно продемонстрировала, что о длинных нкРНК наука знает еще очень мало, поэтому не следует спешить с принятием новых теорий.

Чем меньше, тем лучше

Не менее осмотрительны должны мы быть и в предположении, что все решает размер и что чем он больше, тем лучше. Несомненно, что длинные нкРНК играют важную роль в функциях клетки, но есть и другой, не менее важный класс нкРНК, оказывающий на клетку существенное влияние. Принадлежащие к этому классу нкРНК короткие (длиною обычно в 20-24 основания), и их мишенями являются не ДНК, а молекулы мРНК. Впервые они были обнаружены у уже полюбившихся нам червей С. elegans.

Как мы уже говорили, С. elegans представляет собой очень удобную системную модель, потому что нам точно известно, как должны развиваться все его клетки. Временные рамки и последовательность различных стадий развития очень жестко отрегулированы. Одним из ключевых регуляторов является белок под названием LIN-14. Ген LIN-14 экспрессируется очень активно (продуцируя белок UN-14 в больших количествах) на самых ранних стадиях эмбрионального развития, но подвергается понижающей регуляции, когда из личиночной стадии 1 червь переходит в личиночную стадию 2. Если ген LIN-14 мутирует, нарушаются временные рамки прохождения различных стадий развития. Если белок LIN-14 продолжает вырабатываться слишком долго, червь начинает повторять ранние стадии развития. Если продукция белка UN-14 прекращается слишком рано, червь преждевременно переходит на более поздние личиночные стадии. В любом случае, его нормальное развитие становится невозможным.