Эволюционная патология

A — I редактирование. Редактирование РНК — процесс, посредством которого нуклеотидные последовательности молекул РНК изменяются во время транскрипции и после нее. Модификация РНК включает нуклеотидные вставки и делеции, и модификации оснований. Наиболее эффективным приемом модификации оснований является реакция гидролитического деаминирования, посредством которой цитозин конвертируется в урацил; а аденозин (А) в инозин (I), другое название процесса — A — I редактирование. Эта реакция в условиях in vivo катализируется ферментами семейства аденозиндезаминаз (adenosine deaminase, ADAR), предпочтительно редактирующих аденозин, расположенный в двуцепочечном регионе молекулы РНК (Valente L., Nishikura K., 2005) (рис. 15).

^{Рис. 15. A — I редактирование в Alu-элементах}

^{A. Реакция деаминирование аденозина через ADAR, ведущая к образованию инозина. Б. Внутримолекулярное спаривание оснований двух мРНК, содержащих Alu-элементы в противоположной ориентации. Спаривание оснований двух Alu-элементов приводит к формированию длинного стабильного двунитевого РНК-региона, в котором ADAR выполняет замену A на I. Редактирование является удачным, когда дистанция составляет <2 кб разделенными двумя Alu-элементами в противоположной ориентации. Два близко вставившихся Alu-элемента становятся идеальным субстратом для ADAR (по Hasler J. и Strub K., 2006).}

Точная роль A — I редактирования в метаболизме клеток неизвестна, но она жизненно необходима для реализации клеточного цикла. Было показано, что нокаут (knockout — выбивать, испортить) гена ADAR1 эмбрионов мышей приводит к летальному эффекту через разрушение печени (Hartner J. C. et al., 2004). Замена A на I является широко распространенным механизмом редактирования РНК. Более 90 % всех A — I замен происходят в пределах Alu-элементов, содержащихся в мРНК. Установлено что A — I редактирование предпочтительно встречается в некодирующих регионах мРНК. А так как ADAR-ферменты не являются специфичными для двунитевой РНК определенных сайтов, то граничащие с Alu основания также часто подвергаются редактированию.

РНК-редактирование может серьезно воздействовать на экспрессию генов на отдельных этапах жизненного цикла клетки. Так как инозин не может спариваться с урацилом, а только с цитозином, то редактирование может воздействовать на стабильность молекулы РНК посредством создания и разрушения вторичных структур. Когда инозин будет распознан как гуанозин, то посредством аппарата трансляции и сплайсинга A — I редактирование способно привести к аминокислотным заменам в кодирующей последовательности, или к модификации сайта сплайсинга в интроне, приводя к преждевременной терминации транскрипции или к искажению рамки считывания гена белка.

Участие в трансляции белков. С начала 1990-х гг. известно, что Alu РНК, транскрибированная с ДНК Alu-элементов, постоянно представлена в цитозоле клеток приматов. Хотя Alu-элементы и содержат внутренние A и B боксы промотора РНК полимеразы III, но этот внутренний промоторный элемент слишком слаб для осуществления эффективной транскрипции Alu-элементов. В обычных условиях Alu РНК представлена в очень низком количестве копий в цитозоле (10³–10⁴ молекулы на клетку). В стрессовых же условиях, таких как вирусная инфекция, экспозиция циклогексемидом или тепловой шок, уровень их экспрессии значительно увеличивается. Alu-элементы имеют высокий потенциал модуляции генной транскрипции посредством связывания отдельных транскрипционных факторов. Alu РНК выполняет какую-то специфическую функцию в клеточном метаболизме, и необходима для выживания клетки в условиях стресса, а транскрибируемая с ДНК Alu-элементов «утиль РНК» («junk RNA») участвует в процессах клеточного метаболизма. Первичные Alu-элементы были не более чем «эгоистичной ДНК» (см. «Проретроэлементы и проретровирусы»), но давление естественного отбора адаптировало их в геноме через закрепление за ними важных функций в регуляции генной экспрессии. Этот выигрыш регуляционной функции, известный как экзаптация (exaptation), участвовал в эволюции приматов по типу кладогенеза и помог их дивергенции среди других млекопитающих (Brosius J., Gould S. J., 1992).