5-6. Прыгающие гены и редактирование РНК

В 1951 году Барбара Мак-Клинток (США) открыла на кукурузе гены, которые не имеют определенного места на хромосоме. Хотя она была одним из самых известных в мире генетиков, ее открытие не принималось сообществом лет 20, поскольку противоречило уверенности, что каждый ген расположен на хромосоме жестко и может менять место только в ходе инверсии и транслокации.

То, что обычно называют мутацией, чаще всего (у дрозофил на 80%) являет собой итог транспозиций. Частота этих актов сходна с частотой классических “мутаций” и бывает от одной миллионной до одной десятой [Геном..., с. 55-56, 87]. То есть тоже никаким числом не выражается.

Об эволюционной роли транспозонов пишет Голубовский. В его эксперименте 1977 года транспозиционная “мутация” в раннем онтогенезе дрозофилы привела к стопроцентному появлению уродливого потомства:

“Сие чудо, когда все потомство одного самца несло мутацию-уродца, снимает обычное возражение Р. Гольдшмидту, а с кем же будет размножаться макромутант? С самим собой...”.

Голубовский видит тут генетический довод в пользу афоризма палеонтолога Отто Шиндевольфа: “Первая птица вылетела из яйца амфибии” (Гэлубов-

Iский М.Д. Век генетики: эволюция идей и методов. СПб., 2000, с. 201).

Сейчас о транспозонах мы знаем больше. Наиболее изучены рет- ротранспозоны (продукты обратной транскрипции РНК в ДНК):

«Мутагенез, вызываемый ретротранспозонами, имеет ряд особенностей. Инсерции (вставки - Ю.Ч.) ретротранспозонов происходят не случайно по длине хромосом.

Мы вернемся к транспозонам после знакомства с явлением стресса.

Оказываясь в новом месте, ген иначе работает сам и изменяет работу соседей, так что мобильность генов - фактор эволюции. Механизм ее поначалу был совсем непонятен, и его сочли случайным, как прежде сочли случайными мутации. Ho в обоих случаях правильнее говорить о закономерностях (переработки генетических текстов), до сих пор слишком сложных для уяснения.

Ведущий генетический инженер первой волны Филип Курильский (Франция) писал о “генетическом гении", т.е. механизме разумного перебора вариантов (Kourilsky P. Le genie genetique // LR, 1980, № 110). Идея подтвердилась открытием в 1980-х годах механизмов альтернативного сплайсинга и редактирования РНК.

Альтернативный сплайсинг - сшивание гена из экзонов (при удалении интронов) разными способами. Наличие такого явления означает, что, читая один и тот же генетический текст, можно прочесть разные смыслы. Это заставляет отказаться от самых привычных объяснений (см. п. 6-12).

Редактирование РНК (the RNA-editing) — феномен направленного (не вполне случайного) изменения текста РНК в ходе транскрипции или после нее, но до сплайсинга. Редактированию подвергаются как информационные, так и рибосомные, и транспортные РНК многих организмов. Феномен известен для ядерных, митохондриальных и хлоропластных генетических систем, как для экзонов, так и для интронов, а для прокариотных генетических систем его возможность пока-только обсуждается. Ho если учесть, что митохондрии и хлоропласты похожи своей генетикой на прокариот и что сам феномен редактирования РНК рассматривается как один из самых древних, то наличие его и у прокариот более чем вероятно. Редактированию подвергаются также РНК многих вирусов (Дейчман AM.

Изложу основное для нас ее суждение подробно, опуская, однако, ссылки на обширную литературу.

Редактирование РНК - более тонкая процедура, чем те, какими обычно объясняют возникновение новой генетической информации (рекомбинация, дупликация, транспозиция и др.), так как обеспечивает точную замену небольшого (вплоть до точечного) фрагмента генетического текста. Ученые признают редактирование РНК загадочным, поскольку неясны ни его цель, ни, тем более, селективные преимущества редактируемых сайтов. Механизм этого многошагового «фермент-каскадного процесса» непонятен, как неясны выбор сайта для редактирования и запускающая процедура. Благодаря редактированию (и, добавлю, не только ему) нарушается тот принцип генетики, согласно которому один ген ответствен за синтез только одного белка. Непонятно,

«почему клетки часто предпочитают постоянно содержать и запускать энергоемкие “редактирующие машины” (в том числе для редактирования мРНК- транскриптов), вместо того, чтобы однократно... внести нуклеотидные изменения в сами гены».

Неясно, существует ли единый контроль за одновременно идущими актами редактирования. Влияет ли редактирование РНК на тексты ДНК? Наконец, если редактирование исправляет ошибки в РНК, то зачем в ДНК сохраняются “ошибочные” тексты? (Дейчман А.М., с. 4-18,103,104).

Ответ на последние два вопроса по-моему очевиден: обратная транскрипция (см. п. 5-7) наверняка, пусть и редко, переводит редактированные тексты в ДНК. Тексты, подлежащие редактированию, вовсе не все ошибочны, им достаточно быть всего лишь не соответствующими моменту. Само же наличие механизма быстрого направленного изменения генетической информации открывает огромные возможности как для прижизненных изменений, так и для эволюции.

По-моему, открытие феномена редактирования РНК заполняет давнюю брешь в понимании эволюции как преобразования генетических текстов. Хорошо известна параллель между таким преобразованием и записью новой мысли. Математик А.Н. Паршин (ВФ, 2000, № 6, с. 109), изображая данную параллель в табличной форме, положил транскрипцию и трансляцию аналогом логического вывода, что явная натяжка, поскольку в этих процессах текст изменяется лишь в порядке ошибки. Наоборот, редактирование изменяет тексты РНК в порядке нормальной работы и тем делает аналогию мышления с созданием новых генетических текстов законной.

Очевидно, что здесь налицо активность генетической системы, сходная с мышлением. Загадочность обоих явлений значительно уменьшится, если допустить, что редактирование РНК выступает в качестве акта внутриклеточного мышления. Допущение сможет быть принято как факт или отвергнуто, когда будет выяснено, в чем конкретно состоит суть привносимой редактированием информации (уже сейчас ясно, что процесс

общезначим, поскольку основная масса ДНК транскрибируется, но не участвует в кодировании белков). Мы воспользуемся этим допущением в пп. 5- 13* и 6-15*, а сейчас посмотрим, как феномен редактирования изменяет наши основные представления об эволюционной генетике самой по себе.