Калифорнийские морские зайцы, ядовитые слизни, могут наследовать воспоминания сородичей, если ввести в их нервные центры молекулы РНК из мозга другого моллюска. Это радикально меняет представления ученых о природе памяти, говорится в статье, опубликованной в журнале eNeuro.

Калифорнийский морской заяц"Открытие того, что пересадка РНК от одного слизня к другому передает ему память первой особи, стало убедительнейшим доказательством того, что воспоминания могут храниться не только внутри синапсов, но и в чисто химическом виде. Все это говорит о том, что в будущем мы сможем подавлять старую память или записывать новую информацию в мозг при помощи РНК", — пишут Дэвид Гланцмэн (David Glanzman) и его коллеги из университета Калифорнии в Лос-Анджелесе (США).

Химики из Мюнхенского университета Людвига-Максимилиана (Германия) описали, как появилась первая рибонуклеиновая кислота, а на ее основе и органическая жизнь на нашей планете. Процесс не обошелся без инопланетного вмешательства — нужные молекулы были занесены на Землю кометами. Статья опубликована в журнале Science, о деталях исследования также сообщается на сайте издания.

Главный вопрос, на который предстояло ответить — как пурины, аденозин и гуанозин, которые превращают РНК в сложный комплекс, могли возникнуть из так называемых дожизненных молекул. Цепочку химических реакций, приведших к такому результату, и описали немецкие ученые.

В ее основе — дожизненные молекулы, те же, что были зафиксированы на комете 67Р/Чурюмова-Герасименко в ходе космической миссии Rosetta в прошлом году. Они, вероятно, были занесены на раннюю Землю кометами. Из них уже сформировались простые аминопиримидины, которые вступили в реакцию с муравьиной кислотой и образовали амидопиримидины. Они в свою очередь в реакции с сахарами и образовали пурины в больших количествах.

Таким образом, новое весомое доказательство получила так называемая гипотеза РНК-мира, согласно которой именно молекулы РНК стояли у истоков земной жизни, и они стали первыми сохранять и передавать генетическую информацию.

Источник: Научная Россия

Химики показали, что первые протоорганизмы могли без труда копировать свой генетический материал. В этом им помогали особые РНК-молекулы – одну из них ученые получили в ходе искусственной эволюции в пробирке.

Схема молекулы рибозимыРезультаты исследования, проведенного американскими специалистами из Исследовательского института Скриппса, опубликованы в свежем выпуске журнала Nature.

Считается, что жизнь зародилась в результате действия рибозимов – молекул РНК, которые несли не только генетическую, но и ферментативную функцию и могли копировать сами себя (в живых клетках для этого используются особые белки). Однако в этой теории заключался серьезный пробел, связанный с хиральностью (асимметричностью) нуклеотидов – «букв», из которых состоит РНК.

Дело в том, что практически вся РНК в современных живых организмах построена на основе «правосторонних» d-нуклеотидов. Поэтому если рибозим пытается копировать себя и встраивает в синтезируемую последовательность РНК «левосторонний» l-изомер, это приводит к сбою. Поскольку среда, где зарождалась жизнь, была насыщена как d-, и так l-нуклеотидами, то такие ошибки могли возникать постоянно, делая невозможным самовоспроизведение рибозимов.

Однако авторы статьи показали, что раньше существовали рибозимы, способные справляться с проблемой хиральности. Они получили короткую РНК-молекулу, состоящую из 83 d-нуклеотидов и способную выстраивать свою копию из l-нуклеотидов. В свою очередь, эта l-копия заново создает рибозим из d-нуклеотидов и так без конца. При этом наличие в растворе одновременно и l-, и d-нуклеотидов процессу не мешает.

Примечательно, что молекула была выявлена с помощью искусственной эволюции. Ученые поместили в пробирку квадриллион «правосторонних» РНК-молекул и добавили к ним l-изомеры, а затем провели десять циклов их копирования. В результате «выжили» только те рибозимы, которые смогли приспособиться к наличию нуклеотидов сразу двух хиральностей.

По словам ученых, предшественниками живых организмов могли быть молекулы, похожие на полученный ими рибозим. В ходе дальнейшей эволюции РНК на основе d-нуклеотидов окончательно стала стандартом для всей жизни на Земле.

Источник: infox.ru

Лауреат Нобелевской премии Джек Шостак (Jack Szostak) "оживил" созданную им  ранее искусственную "протоклетку", добавив в нее соль лимонной кислоты; теперь она может самостоятельно воспроизводить молекулу РНК, и ее мембрана  при этом не разрушается, говорится в статье, опубликованной  в журнале Science.

Лауреат Нобелевской премии "оживил" искусственную протоклеткуШостак, получивший Нобелевскую премию по физиологии и медицине 2009 года за открытие механизмов защиты хромосом теломерами, и Катаржина  Адамала (Katarzyna Adamala) из Общеклинической больницы штата Массачусетс  более десяти лет пытались понять, как протоклетки развивались от "первичного супа" из химических соединений до живых организмов, способных к репликации — "копированию" генетического материала  и его воспроизведению.

Часть этой работы заключалась в создании модели "протоклетки": ее мембрана  состояла не из "современных" молекул, а из простых жирных кислот, которые могли быть в окружающей среде молодой Земли. Однако эту модель  искусственной протоклетки следовало доработать: она не могла синтезировать  молекулу РНК — ее мембрана разрушалась.

Чтобы "оживить" искусственную протоклетку, ученым требовалось добавить ионы  магния, которые связаны с работой РНК-полимеразы — фермента, осуществляющего синтез молекул РНК. Препятствием служило то, что эти ионы  разрушали мембрану протоклетки. Шостак и Адамала попытались защитить ее  с помощью различных хелаторов — эти молекулы "связывают" между собой  ионы металла. Наиболее эффективными хелатором оказалась соль лимонной кислоты: она "выключала" разрушительное действие ионов магния, однако они по-прежнему  способствовали репликации РНК.

"Мы показали, что есть по крайней мере один способ запустить процесс  репликации РНК в клетке с простой оболочкой из жирных кислот. Сейчас мы считаем, что (на молодой Земле) должны были существовать простые  пептиды, которые действовали подобно соли лимонной кислоты, и сейчас  пытаемся их найти", — сказал Шостак, слова которого цитируются  в сообщении Общеклинической больницы.

Источник: РИА Новости

Botrytis cinerea, возбудитель серой гнили — на редкость универсальный плесневый грибок: он поражает боле 200 видов растений, среди которых почти все фрукты и овощи, которые мы едим. Его не останавливают даже низкие температуры: за неделю он может прорасти и в холодильнике, если продукты были им заражены. 

Серая гниль на винограде (фото Nigel Cattlin). Исследователи из Калифорнийского университета в Риверсайде (США) узнали, что даёт Botrytis cinerea такую универсальность в отношении хозяев. У растений, как известно, есть собственная защита, аналог иммунитета, и патогену, будь то бактерия, гриб или оомицет, нужно эту защиту как-то преодолеть. Обычно молекулярной «отмычкой» для паразита служат какие-то белки, подавляющие защиту растений

Однако серая гниль пошла по другому пути. Как пишут в журнале Science Арне Вейберг (Arne Weiberg) и её коллеги, Botrytis cinerea использует известнейший механизм РНК-интерференции, вводя в растительные клетки малые регуляторные РНК, которые подавляют синтез защитных белков растений.

Исследователи наблюдали этот процесс при заражении серой гнилью растений арабидопсиса (резуховидки Таля): РНК гриба подавляла работу машины РНК-интерференции, которая обычно и препятствует развитию инфекции. 

Мутанты арабидопсиса, нечувствительные к этой РНК, оставались здоровыми, как и мутант самого гриба, который не мог больше синтезировать собственную интерферирующую РНК и заражать растения. Всё то же самое происходило и при использовании вместо арабидопсиса растений томата. 

По словам авторов, это первая работа, описывающая основанный на малых интерферирующих РНК антииммунный механизм, который используется растительными патогенами. Кроме того, нужно добавить, что в этом случае РНК-интерференция происходит между грибами и растениями, относящимися к отдельным царствам эукариот. (Противовирусную РНК-интерференцию, часто встречающуюся у эукариот, тут в учёт не берут — очевидно, из-за особого положения вирусов в живой природе.)

Впрочем, возможно, серая гниль не уникальна, и другие растительные паразиты тоже могут использовать этот механизм усмирения растительного иммунитета. Практический вывод отсюда более чем ясен: чтобы окоротить серую гниль, нужно найти способ подавить синтез её антииммунных РНК.

Истчонки: КОМПЬЮЛЕНТА

Давно известно, что РНК в клетке не просто служит посредником между ДНК и белок-синтезирующей машинерией, но и выполняет массу других, регуляторных функций. Достаточно вспомнить про класс микрорегуляторных РНК, которые, сами ничего не кодируя, влияют на активность других, матричных РНК.

Молекула ДНК во время удвоения (вверху) и «классическая» линейная молекула РНК (внизу) (фото Dr. Gopal Murti).Однако до самого недавнего времени все молекулы РНК в клетке считались линейными — в том смысле, что оба конца у них свободны и любую РНК можно вытянуть в отрезок. При этом появлялись сообщения, что есть кольцевые РНК, но их считали либо молекулярными аномалиями, либо вообще экспериментальными артефактами. Кроме того, такие случаи были довольно редки. Однако год назад исследователи из Стэнфорда (США) нашли просто огромное количество натуральных кольцевых РНК. Причина, по которой этот довольно обширный класс РНК ускользал от внимания учёных, кроется в методах изъятия этих нуклеиновых кислот из биоматериала: обычно РНК «ловят» за свободные концы, а коль скоро у кольцевых РНК концов нет, то они оставались долгое время невидимыми.

Но, несмотря на всё их обилие, кольцевые РНК продолжали считать ничего не значащим молекулярным мусором: никто не мог сказать, зачем они нужны. Но после двух исследований групп Николауса Раевского из (Германия) и Йоргена Кьемса из Орхусского университета (Дания) отношение к кольцевым РНК должно измениться. И те и другие изучали крупную кольцевую РНК размером в 1 500 оснований, которая синтезируется в мозгу мыши и человека. Выяснилось, что у этой РНК около семидесяти сайтов связывания микрорегуляторной РНК (микроРНК) под названием miR-7.

МикроРНК, как мы помним, блокируют трансляцию: они связываются с матричной РНК (разным матричным РНК соответствуют свои микроРНК) и мешают рибосоме работать с этой мРНК. Значение микроРНК в регуляции молекулярно-генетической активности чрезвычайно велико, и многие из этих молекул, как считается, связаны с такими заболеваниями, как рак или синдром Паркинсона.

Исследователи из Дании обнаружили, что кольцевая РНК работает как блокатор микроРНК miR-7. Чем больше в клетке было кольцевой РНК, тем менее активной оказывалась miR-7. Как пишут учёные в журнале Nature, происходит это, по-видимому, оттого что большая кольцевая РНК собирает на себя маленькие miR-7 и не даёт им связываться с матричными РНК. С другой стороны, команда из Германии показала, что избыток кольцевой РНК у рыбки Danio rerio влияет на развитие мозга — и влияет таким же образом, как отсутствие микрорегуляторных miR-7. Свои результаты группа г-на Раевского опубликовала в том же номере Nature.

Будь эта РНК простым экспериментальным артефактом или ни для чего не нужной ошибкой клеточных ферментов, она никак не влияла бы на функции других молекул, а тем более на формирование мозга. Иными словами, кольцевые РНК в клетке нужны для выполнения определённой работы, и, как полагают исследователи, одним лишь взаимодействием с микроРНК их задачи не ограничиваются. Учёные, например, считают, что кольцевые РНК могут защищать организм от вирусов, связывая с собой вирусную РНК, или влиять на другие молекулярные процессы, взаимодействуя с белками, которые управляют биосинтезом.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Все организмы дискретны в пространстве и имеют наружную оболочку. Трудно представить себе живое существо в виде туманного облачка или раствора. Однако по началу преджизнь существовала именно в виде растворов. Чтобы не раствориться окончательно, не рассеяться в водах древних водоемов, ”живые растворы” должны были ютиться в крошечных полостях, которые часто встречаются в минералах. Это тем более удобно, что некоторые минералы (например, пирит) являются неплохими катализаторами для многих биохимических реакций.  Кроме того, поверхность минералов могла служить своеобразной матрицей, основой, к которой прикреплялись молекулы РНК. Упорядоченная структура кристаллов помогла упорядочить и структуру этих молекул, придать им нужную пространственную конфигурацию.

Но рано или поздно преджизнь должна была обзавестись собственными оболочками – перейти от доорганизменного уровня к организму. Идеальным материалом для таких оболочек являются липтиды (жиры), молекулы которых способны образовывать на поверхности воды тончайшие пленки. Если взболтать такую воду, в ее толще образуется множество мелких пузырьков – водяных капелек, покрытых двухслойной липтидной оболочкой (мембраной). Эти капельки проявляют интересные свойства, которые делают их похожими на живые клетки. Например, они способны осуществлять обмен веществ. Липтидные мембраны обладают избирательной проницаемостью: одни молекулы сквозь них проходят, другие – нет. Благодаря этому одни вещества втягиваются в капли, другие выводятся, третьи – накапливаются внутри. Правда, для того чтобы это происходило постоянно, одних мембран недостаточно. Нужно еще, чтобы внутри капли одни вещества превращались в другие, а для этого там должны находиться катализаторы – белки или РНК.

Изучением свойств водно-липтидных капель (каоцерватов) занимался академик А.И.Опарин. Он считал, что коацерваты были одним из этапов на пути возникновения жизни. Опарин обнаружил, что при определенных условиях коацерваты могут расти и даже ”размножаться” делением.

Первые коацерваты могли образоваться самопроизвольно из липтидов, синтезированных абиогенным путем. Впоследствии они могли вступить в симбиоз с ”живыми растворами” – колониями самовоспроизводящихся молекул РНК, среди которых были и рибозимы, катализирующие синтез липтидов. Подобное сообщество уже можно назвать организмом. У всех живых существ до сих пор в синтезе липтидов важнейшую роль играет кофермент А, представляющий собой не что иное, как модифицированный рибонуклеотид. Это еще одно напоминание об РНК-мире.

Камнем преткновения для теории РНК-мира в течении некоторого времени была неспособность молекул РНК эффективно взаимодействовать с липтидными мембранами. Недавно, однако, было показано, что комплексы из нескольких разных РНК и ионов кальция способны не только прикрепляться к мембране, но и регулировать их проницаемость.

Источник: А.Марков. Рождение сложности. Эволюционная биология сегодня: неожиданные открытия и новые вопросы. 527, с. 69-71/ Астрель 2010 г. 

Известно, что РНК, которая получается в результате транскрипции, ещё незрелая, неотредактированная, в ней есть фрагменты, которые будущему белку не нужны. Поэтому РНК проходит обязательную посттранскрипционную правку: из неё вырезаются одни куски — интроны, другие же — экзоны — сшиваются вместе и образуют готовый шаблон для синтеза полипептидной цепи. Этот процесс вырезания одних кусков и монтажа других называется сплайсингом.

Альтернативный сплайсинг гена у самца и самки дрозофилы: РНК и белки, которые определяют границы монтируемых участков. Альтернативный экзон показан жёлтым. (Рисунок Allen Gathman.)Но не стоит думать, что для каждого гена сплайсинг его РНК будет всё время происходить по одной и той же схеме. Часто бывает так, что РНК разрезается и сшивается по-разному. В зависимости от обстоятельств некоторые фрагменты остаются в готовой молекуле, вместо того чтобы быть вырезанными, и сами фрагменты сшиваются между собой совершенно различными способами. Такой альтернативный сплайсинг позволяет создать великое множество вариантов белка, оставаясь при этом в рамках одного гена и не занимая дополнительную территорию на ДНК. Некоторые белки (например, человеческий нейрексин) благодаря альтернативном сплайсингу существуют едва ли не в тысячах форм. Функции этих вариантов могут разниться довольно сильно. Например, если полноразмерный фактор транскрипции активирует какие-то гены, то его укороченный в результате альтернативного сплайсинга фрагмент, наоборот, подавляет активность тех же самых генов.

При этом наука только в последнее время начала осознавать, насколько огромную роль играет альтернативный сплайсинг в живых системах. В 2008 году исследователи из Массачусетского технологического института (США) проанализировали РНК из 10 видов тканей человека, и оказалось, что РНК почти от каждого гена претерпевает альтернативный сплайсинг. Более того, именно за счёт альтернативного сплайсинга и формируются различия между тканями.

В новом исследовании та же команда учёных решила выяснить, в чём специфика сплайсинга у разных видов животных. Были взяты образцы ткани у нескольких видов млекопитающих (макака-резус, крыса, мышь и корова) и у курицы. У каждого вида анализировали 9 типов ткани (мозг, кишечник, сердце, почки, печень, лёгкие, скелетные мышцы, селезёнка и семенники). При этом отдельно оценивалась активность генов, то есть набор «черновых» РНК, и активность сплайсинга, то есть набор разных форм одной и той же РНК.

В статье, опубликованной в журнале Science, авторы сообщают, что характер активности генов в одних и тех же тканях был примерно одинаков, независимо от того, какому виду они принадлежали. Что вполне понятно: каждая ткань имеет свои уникальные особенности, отличающие, например, мышечную клетку от нейрона, и чтобы эти особенности проявились, нужен определённый набор генов. И эти гены будут работать в любом организме, будь то мышь или курица.

Но когда учёные проанализировали сплайсинговую активность, оказалось, что тут разные способы сплайсинга группируются не по тканям, а по видам. То есть какой-то путь альтернативного сплайсинга был примерно одинаков и в мозгу, и в лёгких, и в сердце, но лишь пока все они принадлежали одному биологическому виду. Иными словами, способ альтернативного сплайсинга определял «лицо вида», хранил в себе отличия вида от других, его индивидуальные особенности. Это тоже в целом понятно: если говорить о приспособлении вида к среде, то альтернативный сплайсинг — удобный, пластичный и быстрый механизм адаптации.

Альтернативный сплайсинг часто затрагивает те участки белка, которые подвергаются фосфорилированию. А модификация фосфатными остатками — один из основных способов изменить активность белка. То есть альтернативный сплайсинг, влияя на наличие сайтов для модификации, может вмешаться в распределение белка в клетке, в его участие в сигнальных путях и в результате привести к перестройке всей молекулярной внутриклеточной кухни. Всего исследователи нашли несколько тысяч новых альтернативных экзонов, которые в разных обстоятельствах могут попадать в конечную версию РНК. Так что эволюции есть из чего выбирать. Правда, это пока что первое исследование подобного масштаба, посвящённое роли сплайсинга в эволюционных процессах, и учёным ещё предстоит понять, как он взаимодействует с другими механизмами эволюции на других уровнях генетической регуляции.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Одним из самых первых и самых важных этапов развития зародыша является формирование зародышевых листков: эктодермы, мезодермы и эндодермы. Они представляют собой самый первый этап разделения функций между зародышевыми клетками, и впоследствии все три дадут начало разным органам и тканям. Естественно, регуляция образования зародышевых листков находится под самым пристальным вниманием.

Дифференцирование зародышевых клеток по зародышевым листкам: зелёным окрашены клетки мезодермы, красным — клетки эндодермы. (Фото авторов работы.)Учёные из Института медицинских исследований Сэнфорда — Бёрнхама (США) полагают, что главными игроками в этом процессе выступают микрорегуляторные РНК. Эти РНК не кодируют белков, но могут вмешиваться в процесс трансляции, происходящей на других РНК. Исследователи проверили почти 900 микроРНК человека на предмет их влияния на формирование зародышевых листков. Итоги работы опубликованы в журнале Genes & Development.

Оказалось, что два семейства микроРНК, let-7 и miR-18, необходимы для образования мезодермы и эктодермы: без этих молекул зародышевые клетки становились все до единой эндодермальными. Действуют эти микроРНК через трансформирующий ростовой фактор-бета (TGFβ), входящий в обширное семейство белков, которые управляют делением и дифференцировкой клеток. Оказалось, что для превращения зародышевых клеток в клетки кости или, например, в клетки нервной ткани необходимо подавить работу молекулярных сигналов, связанных с TGFβ.

Это ещё один пример того, как незначительные эпигенетические изменения (а микроРНК относят к эпигенетическим факторам) могут повлиять на развитие всего организма; совсем недавно появлялось похожее сообщение о том, как всего один белок, работая с эпигенетическими механизмами, определяет судьбу эмбриональных клеток.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Существует целая группа вирусов, в качестве хранителя наследственной информации использующая не ДНК, а РНК. Среди них есть, например, такие серьёзные и неприятные виды, как полиовирус и вирус СПИДа. Как и у ДНК-содержащих вирусов, их РНК тоже упакована в белковую оболочку. Однако размеры РНК у вирусов во много раз больше конечной вирусной частицы. Возникает вопрос: как генетическая молекула вируса упаковывается в контейнер белкового капсида?

Человеческий Т-лимфоцит, поражённый РНК-содержащим ретровирусом (фото Dennis Kunkel Microscopy)Исследователям из Университета Лидса (Великобритания), которые занимались этой проблемой, удалось обнаружить важное свойство вирусной РНК. В статье, опубликованной в PNAS, учёные сообщают, что вирусная РНК имеет свойство самосворачиваться, как только рядом с ней появляются белки оболочки. То есть в самой нуклеиновой кислоте есть склонность к компактизации, которая запускается вирусными белками. По словам авторов, это похоже на то, как если бы брюки сами складывались втрое при первом появлении чемодана в комнате.

Здесь, конечно, можно вспомнить про рибосомные и транспортные РНК, которые обладают сложной пространственной структурой, а рибосомные РНК бóльшую часть жизни существуют как раз в комплексе с белками. Но это всё специализированные РНК, у которых структурная компактность поддерживается особенностями в последовательности нуклеотидов. В случае вирусов речь идёт о кодирующей РНК, мРНК, которая несёт информацию о белках. Никакая другая мРНК в экспериментах не проявляла такой склонности к компактизации.

В будущем, как полагают авторы, эти данные помогут создать новое поколение противовирусных лекарств, более эффективных, чем нынешние. Сейчас все противовирусные средства без исключения бьют по вирусным ферментам, и спустя некоторое время вирусы модифицируют свои белки и приобретают устойчивость к лекарствам. Если же вмешаться в процесс формирования вирусной частицы, в процесс сворачивания её РНК, это, по мнению учёных, позволит обезвредить вирус, не опасаясь, что он приспособится к такому способу борьбы.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Недавно ученые смогли создать рибонуклеиновую кислоту (РНК), способную создавать свою собственную копию. До этого никогда прежде этим молекулам не удавалось наладить свое собственное воспроизводство. Это открытие является первым экспериментальным доказательством весьма популярной теории о происхождении жизни, получившей название "мир РНК".

    Из школьного курса биологии мы помним, что   большинство важнейших процессов организма регулируется белками. Эти белки   производятся самими клетками в том количестве, которое необходимо в конкретный   момент времени (кстати, белки "извне" организм вообще не использует). Информация   о том, как каково должно быть строение каждого белка записано в виде   последовательности азотистых оснований (нуклеотидов) в определенных участках   молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), хранящейся в ядре клетки. Именно   эти участки неспециалисты называют генами (хотя это не совсем так, у гена, кроме   информативной части, есть еще и "служебная", не несущая информации о строении белка). Прочитать же эту информацию, а тем более, создать на ее основе белок, весьма непросто.

    ДНК обычно пребывает в форме двойной закрученной спирали, но именно в таком состоянии с нее ничего прочесть нельзя. Поэтому перед   считыванием специальные белки расплетают ее (примерно так же, как парикмахер с   помощью щипцов расплетает вьющиеся волосы), после чего другие белки снимают с   гена копию. Но эта копия существует не в виде ДНК, а виде одноцепочечной молекулы РНК, последовательность нуклеотидов которой полностью повторяет таковую в гене.

    Далее, после некоторых модификаций РНК-овый   "чертеж белка" отправляется в "сборочный цех" — специальные клеточные органеллы,   называемые рибосомами. Они расположены не в ядре, а за его пределами, в   цитоплазме. В рибосомах этот "чертеж" сразу же пускают в производство — на   основе сообщенной информации, заключенный в последовательности нуклеотидов   начинается синтез белка из аминокислот (как мы помним, каждой аминокислоте   соответствует кодон — группа из трех нуклеотидов). Как только синтез белка   заканчивается, "чертеж" сразу же уничтожается, то есть разрезается специальными   белками на отдельные нуклеотиды, которые затем переправляют обратно в ядро. При   надобности потом из них соберут новую РНК.

    Этот вопрос, аналогичный проблеме курицы и яйца,   долгое время вообще не имел даже теоретического ответа. Более того, все   эксперименты показали, что самосборка белка без участия ДНК (и РНК) практически   невозможна. Точно также не происходит самопроизвольный синтез ДНК без участия   специфических белков. Поэтому предположение о том, что белок и ДНК появились   независимо, а потом вдруг встретились, подружились и стали вместе работать, увы,   абсолютно неправдоподобно.

    Однако в последнее время многие ученые считают,   что в начале, когда в примитивных организмах еще не было ни ДНК, ни белков, их   функции выполняла молекула РНК. Она являлась и хранителем информации, и   регулятором всех важных процессов. При этом она могла сама себя копировать для   того, что бы наследственная информация передавалась потомкам. Данная гипотеза   получила название "мира РНК".

    Что и говорить, гипотеза достаточно красивая,   однако есть ли у нее какие-нибудь доказательства? Что касается каталитической   активности РНК, то о ней было известно достаточно давно. Такие регуляторные РНК   называют рибозимами. Хотя они достаточно редко встречаются в клетках, тем не   менее, эти активные РНК очень важны для существования последних. Например,   активная часть рибосомы, в которой собирается белок из аминокислот, является   рибозимом. Именно он осуществляет сшивание отдельных аминокислот в белковую   цепочку.

    Однако может ли такой рибозим катализировать   сборку своей собственной копии без помощи других веществ? Долгое время ученые пытались создать такую РНК искусственно. Результаты, как правило, были не   очень-то обнадеживающие — долгое время эти молекулярные "Франкенштейны" могли   воспроизвести лишь последовательность из 14 нуклеотидов (а ведь самая маленькая   РНК вирусов содержит их несколько сотен). Кроме того, эти рибозимы оказались   весьма капризными — они копировали далеко не все собственные последовательности,   а лишь те, которые им по каким-то причинам нравились больше.

    И вот недавно Филип Холлигер из Кембриджского   университета (Великобритания) решил улучшить подобную РНК. Он и коллеги   проверили тысячи вариантов различных рибозимов на способность к длительному   копированию, потом отобрали несколько самых эффективных вариантов и создали из   них "суперрибозим", который назвали tC19Z. После чего новое вещество было   подвергнуто испытанию, в результате которого ему было предложено создать свою   собственную копию.

    В результате рибозиму удалось воспроизвести   последовательность РНК, состоящую из 95 нуклеотидов. Несмотря на то, что   какие-то последовательности он копировал лучше, какие-то — хуже, в целом tC19Z   был куда менее "привередливым", чем его предшественники. Но что более важно —   длина копируемых рибозимом кусков составляют почти половину его собственной   длины.

    Итак, впервые была получена молекула РНК, обладающая каталитической активностью, которая смогла достаточно точно   скопировать саму себя примерно наполовину. Правда, для того, что бы окончательно   доказать справедливость теории "мира РНК", то нужно получить фермент, способный   воспроизвести себя полностью. Однако, судя по всему, подобное уже не за горами.   А пока же сам факт того, что можно получить молекулу РНК хотя бы с половиной требуемой мощности, делает РНК-теорию о возникновении жизни на Земле всё более   достоверной.

    Согласно этой теории, первые РНК появились в   результате самосборки (подобное, как показывают эксперименты, вполне возможно в   бескислородных условиях), и были очень короткими. Они, обладая каталитической   активностью, выполняли функции регуляторов всех процессов в первичных   организмах, и, храня информацию о своем строении, могли создавать свои   собственные копии, передававшиеся потомкам. Постепенно РНК становились более   длинными, и, в какой-то момент смогли синтезировать более совершенные и   универсальные регуляторы — белки. После чего уступили им часть своих   обязанностей, оставив себе лишь почетное право хранить наследственную информацию   (у некоторых современных вирусов РНК до сих пор занимается именно этим).

    Далее, возможно в результате ошибок при   копировании в некоторых потомках РНК одни вещества оказались заменены на другие   (сахар рибоза — на дезоксирибозу, азотистое основание урацил — на похожий на   него тимин). В результате появилось ДНК, которая, благодаря своей способности   образовывать двойную спираль, оказалось лучшим хранителям наследственной   информации (она более устойчива к мутациям, чем одноцепочечная РНК). Так РНК   распростилась со своей другой исходной функцией, и, предав новому веществу все   заботы о хранении наследственной информации, сохранилась лишь как посредник   между ДНК и белком. В этой роли она пребывает и по сей день во всех живых   клетках…

Источник:  Pravda.ru

Хотя современные организмы почти поголовно (кроме ряда вирусов) используют ДНК как носитель генетического кода, в давние-давние времена, как полагают исследователи, жизнь начиналась не с ДНК, а с РНК.

Молекула рибозима — РНК, способной катализировать химическую реакцию на манер белков (рисунок Laguna Design)По концепции РНК-мира, первые молекулы РНК выполняли одновременно и наследственно-сохраняющую функцию, и катализирующую, то есть работали и за ДНК, и за белки. Рибозимы, открытые более 30 лет назад, прекрасно иллюстрируют то, как РНК может катализировать химические реакции. Иными словами, жизнь на Земле началась с первых РНК, которые могли и хранить, и воспроизводить генетическую информацию.

Однако проблема гипотезы РНК-мира состоит в том, что молекулы для химической реакции должны встретиться в пространстве. Если они свободно плавают по миру, шансов на встречу у них крайне мало. В этом случае говорят о компартментализации: молекулы заперты на ограниченной территории и интенсивно реагируют друг с другом. Клетка с её органеллами и есть самый выдающийся пример такой компартментализации. Казалось бы, нет ничего проще, чем представить себе молекулы РНК, заключённые в липидных пузырьках, но для этого нужно допустить, что, кроме РНК, во времена РНК-мира существовали уже и довольно сложные молекулы липидов.

Исследователи из Пенсильванского университета (США) показали, как молекулы РНК могли собраться вместе, не прибегая к помощи липидных мембран. Неклеточную компартментализацию удалось создать с помощью раствора полиэтиленгликоля (ПЭГ) и декстрана. В растворе эти полимеры формируют новую фазу, в которой собирается РНК. И чем плотнее РНК набивалась в декстрановую фазу, тем быстрее шла реакция, которую РНК катализировала: по сравнению с обычным раствором скорость реакции увеличивалась в 70 раз.

То есть, как пишут исследователи в журнале Nature Chemistry, им удалось показать, что в двухфазной системе действительно может происходить компартментализация РНК и что это действительно ускоряет реакцию.

Авторы работы уверяют, что и декстран, и ПЭГ вполне могли присутствовать во времена зарождения жизни. Однако вовсе не обязательно, чтобы это были именно они. Главное, что показано, — некие полимеры могут сформировать в растворе двухфазную систему и тем самым ускорить протекание биохимических реакций. То есть РНК-мир вполне мог обойтись безо всяких липидных мембран.

Исследователи говорят, что в полимерную фазу лучше всего стягивались более длинные молекулы РНК, а короткие продолжали плавать на свободе. Длинные РНК обладают большими каталитическими возможностями и могут нести больше информации. То есть за счёт такой компартментализации уже мог проходить первый отбор в пользу более прогрессивных, многофункциональных, более «биологических» молекул.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Физик Джереми Ингланд из Массачусетского технологического института (США), проведя моделирование процесса воспроизведения простейших живых организмов, пришёл к выводу о том, что воспроизводство РНК и организмов на её основе значительно проще, нежели в случае ДНК. Но главное в другом: для воспроизведения РНК in vitro используется энергии лишь чуть больше, чем это абсолютно необходимо с термодинамической точки зрения.

Уровень потерь при воспроизводстве кишечной палочки чрезвычайно мал: даже при активном делении он всего в 2,5–3 раза больше абсолютно необходимого минимума. (Иллюстрация Jeremy L. England.)Условно говоря, «КПД процесса» здесь близок к 100%.

ДНК более устойчива в химическом отношении, чем РНК, но и куда сложнее. Дело в том, что вместо сахара дезоксирибозы РНК содержит рибозу, имеющую дополнительную гидроксильную группу, увеличивающую вероятность гидролиза молекулы, то есть уменьшающую её стабильность.Упрощённые структуры РНК и ДНК. РНК в большинстве случаев не является двойной спиралью и значительно короче ДНК. (Иллюстрация Wikimedia Commons.)

Для проведения термодинамических расчётов по энергии, требуемой системе на репликацию в отношении РНК и ДНК, учёный использовал статистическую оценку РНК и ДНК как систем до и после их репликации. Зная варианты состояния компонентов в системе, при которой возможно самовоспроизведение РНК и ДНК, исследователь определил количество тепла, абсолютно необходимое с термодинамической точки зрения для процесса.

Оказалось, что термодинамически репликация РНК значительно проще и требует на порядок меньшего количества тепла. В сложных с точки зрения энергобаланса условиях вероятность репликации у РНК должна быть радикально выше, чем у ДНК. Именно этот тезис заставил исследователя предположить, что первый тип процессов исторически имел место значительно раньше, чем второй. И сей вывод как будто подтверждает гипотезу мира РНК , по которой первые самовоспровоизводящиеся живые организмы состояли из РНК, одновременно являвшейся и носителем наследственной информации, и средством её дальнейшего воспроизводства. Характерное для нынешней жизни разделение функций произошло, по его мнению, позднее, когда ДНК стала использоваться как носитель наследственной информации (более устойчивый, чем РНК), а ферментативная функция перешла к белкам.

Любопытно, что, оценивая термодинамическую эффективность размножения кишечной палочки, Джереми Ингланд заключил, что та тратит на размножение всего втрое больше энергии, чем это абсолютно необходимо с термодинамической точки зрения. Хотя этот показатель уступает КПД репликации РНК, близкого к 100%, тем не менее для столь сложной системы как клетка его можно считать выдающимся, заключает учёный.

С препринтом исследования можно ознакомиться здесь .

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Наряду с обычными молекулами РНК, которые имеют начало и конец, в наших клетках есть изрядное количество кольцевых РНК. Правда, исследователи пока не знают, как они образуются и какую функцию выполняют.

Трансляция на матричной РНК комара-звонца; красным выделена сама мРНК, зелёным — растущие полипептидные цепи, синим — рибосомыМолекулы РНК, синтезируемые в процессе транскрипции на ДНК-шаблоне, всегда линейны. У бактерий начало РНК тут же подхватывается белок-синтезирующими машинами — рибосомами, так что ещё до конца собственного синтеза молекулы РНК уже заняты в другом процессе; на манипуляции с самой РНК у бактерии просто нет времени и возможностей. У эукариот свежесинтезированная матричная РНК претерпевает ряд модификаций, но всё равно её молекула остаётся разомкнутой: чтобы на ней начался синтез белка, на одном из её концов должен быть специальный «маячок», который привлечёт белки трансляции. Правда, существуют и другие классы РНК, вроде рибосомной или транспортной, но и у этих разновидностей концы рибонуклеиновой цепи не сшиты друг с другом.

Однако некоторое время назад появились данные, что некоторые РНК имеют кольцевую форму. Поначалу это воспринималось как диковинное исключение, пока группа исследователей из Стэнфорда (США) не опубликовала в PLoS ONE статью, из которой следует, что таких кольцевых РНК может быть больше, чем мы думаем.

Исследователи обнаружили кольцевые РНК, когда искали скрытые экзоны. Известно, что зрелая мРНК образуется в результате сильного редактирования: новосинтезированная РНК состоит из перетасованных экзонов — фрагментов полезной информации, и интронов — фрагментов «бессмысленной» последовательности. Конечная мРНК, с которой может синтезироваться белок, образуется в результате сшивания экзонов в одну непрерывную последовательность. Этот процесс называется сплайсингом.

Однако интроны порой могут приобретать «смысл» и становиться экзонами. В экзоны могут также превращаться какие-то совсем посторонние последовательности; считается, что именно это происходит при злокачественном перерождении клетки. Но когда исследователи принялись искать случаи такого превращения, они обнаружили, что некоторые из таких экзонов могут существовать только в форме кольцевых молекул РНК. То есть процесс их сшивания приводит к кольцеванию зрелой молекулы. Чтобы подтвердить своё предположение, учёные обработали выделенную из клеток РНК ферментом, расщепляющим только линейные молекулы. Оставшиеся нерасщеплёнными РНК совпали с предсказанными кольцевыми. Таких мРНК-колец оказалось много, и они обнаружились не только в раковых, но и в обычных здоровых клетках.

Скептики отмечают важность полученных результатов, но при этом добавляют, что ничего не известно о функциональности таких мРНК, ведь не исключено, что это попросту молекулярный мусор. В конце концов, в эксперименте мог плохо сработать фермент, режущий линейные РНК, и оставшиеся из-за его недоработки линейные РНК могли быть приняты за кольцевые. Авторы отвечают на так: будь это «бессмысленные» побочные продукты, они оставались бы в ядре клетки и быстро расщеплялись, а не проходили в цитоплазму, где их и нашли. Так или иначе, исследователям предстоит большая работа по подтверждению и перепроверке полученных данных: уж очень серьёзные изменения могут постичь представления о том, как функционируют наши молекулярные машины.

Источник:  КОМПЬЛЕНТА

Поврежденные клетки кожи при солнечном ожоге выделяют большое количество деформированных молекул сигнальной РНК, которые проникают в здоровые клетки и заставляют их вырабатывать белки, вызывающие воспаление и другие характерные признаки "перезагара" - покраснение и болезненную чувствительность, заявляют ученые в статье, опубликованной в журнале Nature Medicine.

"Некоторые болезни, в частности псориаз, лечатся при помощи ультрафиолетового облучения. Основная проблема такой терапии - повышенная вероятность развития рака кожи. Благодаря нашему открытию мы можем получить положительные эффекты УФ-облучения без собственно самого облучения. Кроме того, теперь мы можем блокировать данный механизм для защиты организма особо чувствительных людей, к примеру, больных волчанкой, от ультрафиолета", - заявил руководитель группы биологов Ричард Галло (Richard Gallo) из университета штата Калифорния в Сан-Диего (США).

Галло и его коллеги изучали последствия облучения ультрафиолетовым излучением на культурах кожи человека и на коже здоровых мышей.

В ходе первого эксперимента биологи вырастили несколько культур клеток кожи, разделили их на две группы и облучали половину из них ультрафиолетом в течение минуты. Сила такого облучения имитирует сильный солнечный ожог, при этом часть клеток в пробирках или умирает, или необратимо повреждается. Через некоторое время после облучения ученые очистили питательную среду от клеток и добавили ее в пробирки со здоровыми культурами.

Это привело к необычным последствиям - здоровые клетки начали выделять большое количество молекул белков TNF-альфа и интерлейкина-6. Данные соединения относятся к классу противовоспалительных белков, стимулирующих обмен веществ, переводящих здоровые клетки в режим "чрезвычайной ситуации" и запускающих механизмы самоуничтожения в поврежденных клетках.

Биологи проанализировали содержимое экстракта из питательной среды, в которой обитали облученные клетки, и обнаружили множество деформированных молекул сигнальной РНК. По словам Галло и его коллег, данные молекулы соединялись с особыми белковыми выростами на стенках здоровых клеток - рецепторами врожденной иммунной системы TLR-3. Этот рецептор относится к классу так называемых Toll-like рецепторов, управляющих защитной реакцией на некоторые виды бактерий и появление раковых клеток.

Ученые синтезировали искусственные молекулы РНК, аналогичные тем, которые производят здоровые клетки и облучили их ультрафиолетом. Они добавили полученные молекулы в питательную среду к здоровым клеткам и проследили за их реакцией. Синтетические РНК произвели такой же эффект, что и их природные аналоги.

В следующем эксперименте Галло и его коллеги нейтрализовали данный эффект, удалив ген рецептора TLR-3 из генома мышей. По словам ученых, отключение этого гена сделало кожу грызунов нечувствительной к ультрафиолету и инъекциям поврежденной РНК, - покраснения кожи отсутствовали, так как здоровые клетки перестали выделять противовоспалительные белки.

Как отмечают биологи, препараты на основе молекул РНК можно использовать в качестве "замены" облучения в некоторых видах терапии.