Новости об удивительной сложности ДНК

Автор: Алекс Вильямс (Alexander Williams)
Перевод: bibleap.com

Image istockphoto.com

Недавно мы сообщали о новых удивительных открытиях, касающихся сложности информационного содержания, хранящегося в молекуле ДНК.¹ Примечательно, что 97% человеческой ДНК, не кодирующей белок, не является «мусорной ДНК», оставшейся от нашего эволюционного прошлого, как считали ранее, но практически полностью активно и постоянно используется в наших клетках.

А вот еще несколько интересных деталей из ведущего отчета ENCODE (Encyclopedia of DNA Elements, или Энциклопедия элементов ДНК).² Чтобы помочь вам понять дальнейшую информацию, ДНК – очень стабильная молекула, идеально подходящая для хранения информации. Напротив, РНК – очень активная (и нестабильная) молекула, которая выполняет множество работ в наших клетках. Чтобы использовать информацию, хранящуюся в нашей ДНК, наши клетки копируют информацию на транскрипты РНК, которые затем выполняют работу в соответствии с инструкцией этой информации.

• Обычные гены типа «бусины на нитке» действительно формируют основу генетического кода, продуцирующего белок, даже несмотря на то, что сейчас была обнаружена гораздо большая сложность генетического устройства. Гены, обнаруженные в проекте ENCODE, отличаются от существующего каталога известных генов, кодирующих белок, только примерно на 2%.
• Ранее мы уже сообщали, что транскрипты перекрывают собой участки генов, но эти перекрытия огромны по сравнению с размером генов. В среднем транскрипты в 10-50 раз превышают размер участка гена, перекрывая его с обеих сторон. И до 20% транскриптов имеют размер, более чем в 100 раз превышающий размер участка гена. Это, как если бы вы делали ксерокопию страницы в книге, и должны были бы скопировать информацию с 10, 50 или даже 100 других страниц, чтобы использовать информацию на одной этой странице.
• Нетранслируемые области (НТО; англ. untranslated regions, UTR) которые теперь называют именно так, а не «мусорная ДНК», гораздо более важны, чем транслируемые области (гены), если судить по количеству азотистых оснований ДНК, копирующихся в транскрипты РНК. Области генов транскрибируются в среднем пятью различными способами с перекрытиями и чередованиями, тогда как НТО транскрибируются в среднем семью различными способами с перекрытиями и чередованиями. Поскольку в НТО примерно в 33 раза больше азотистых оснований, чем в областях генов, это делает «мусор» примерно в 50 раз более активным, чем гены.
• Активность транскрипции лучше всего предсказать с помощью одного фактора – способа упаковки ДНК в хромосомы. ДНК наматывается на белковые глобулы, называемые гистонами, затем снова скручивается в структуру, похожую на верёвку, а далее в два этапа закручивается в суперспираль вокруг белкового каркаса, чтобы образовать плотные хромосомы, которые мы видим под микроскопом. Это говорит о том, что информация ДНК обычно существует в форме, подобной закрытой книге – вся эта намотка не позволяет закодированной информации войти в контакт с механизмами трансляции. Когда клетке нужна какая-то информация, она открывает определенную страницу, «копирует» информацию, а затем снова закрывает книгу. Другая недавняя работа³ показывает, что физически это происходит следующим образом:

В каждой клетке хромосомы хранятся в ядре, окружённом двойной мембраной. В ядерной мембране имеется около 2000 пор, через которые молекулы могут проходить из ядра в цитоплазму и в обратном направлении. Нужная хромосома подводится к одной из этих ядерных пор.

Транскрибируемый участок ДНК помещается перед порой.

Суперспираль разматывается, чтобы открыть область транскрипции.

Гистоновые витки при этом скручены так, чтобы открыть требуемый участок для копирования.

Двойная спираль ДНК расплетается, чтобы открыть закодированную информацию.

ДНК захватывается в петлю ферментами, выполняющими копирование, и эта петля копируется в транскрипт РНК. Затем транскрипт проверяется на точность (и, если имеются ошибки, он разбирается и перерабатывается). Затем транскрипт РНК специально маркируется для экспорта из ядра, транспортируется через поры и переносится туда, где это необходимо в клетке.

Затем “книга” генетической информации ДНК закрывается с помощью обратных процессов свертывания и перемещения хромосомы от области ядерной поры.

• Наиболее неожиданный результат, по мнению авторов ENCODE, заключается в том, что 95% функциональных транскриптов (генных и НТО-транскриптов как минимум с одной известной функцией) не демонстрируют никаких признаков давления отбора (т.е. они не являются заметно консервативными и мутируют со средней скоростью). Это противоречит теории Чарльза Дарвина о том, что естественный отбор является основной причиной нашей эволюции. Это также создает интересный парадокс: клеточная архитектура, механизмы и метаболические циклы – всё в высшей степени консервативно (например, ген человеческого инсулина был внедрен в бактерии для производства человеческого инсулина в промышленных масштабах), в то время как большая часть хромосомной информации свободно мутирует. Как такое положение дел могло сохраняться в течение предполагаемых 3,8 миллиардов лет с момента появления бактерий? Ответом получше может быть то, что возраст жизни всего тысячи, а не миллиарды лет. Также похоже, что клетки, а не гены, контролируют жизнь – полная противоположность тому, что давно предполагается неодарвинистами.