Мусорная ДНК. Путешествие в темную материю генома

Но если при прогерии Хатчинсона-Гилфорда не меняется аминокислотная последовательность, кодируемая мутантным геном, что же вызывает такое резкое изменение фенотипа при этом заболевании? Вновь обратимся к рис. 17.5. Последовательность из двух нуклеотидных оснований, находящаяся в начале каждой промежуточной области гена, такова: ГТ. Но у страдающих этой болезнью нормальный триплет ГГЦ меняется на ГГТ, и участок, кодирующий аминокислоту, получает ненужный дополнительный сигнал сплайсинга. На фоне всех остальных сигналов сплайсинга в этой области генома такое неверное размещение ГТ действует весьма сильно. Сплайсосома разрезает информационную РНК в области, кодирующей аминокислоты, а не в мусорной области. Участки, кодирующие аминокислоты, соединяются неправильно, что приводит к потере примерно 50% аминокислот, которые должны располагаться на конце синтезируемого белка. В результате сам белок не обрабатывается должным образом и начинает вносить сумятицу в работу клеток. Мы пока точно не знаем, каким образом это приводит к необычному старению, которое мы наблюдаем у детей, страдающих данным заболеванием. Наиболее убедительное предположение на данный момент: в ходе таких процессов нарушается механизм поддержания нормального функционирования клеточного ядра. Это может приводить к изменениям в экспрессии генов и к разрушению ядра. Вероятно, некоторые гены и некоторые типы клеток чувствительнее к таким процессам, чем другие.

Есть еще одно детское заболевание — спинальная мышечная атрофия. При этой болезни нервные клетки, управляющие мышцами, постепенно отмирают, что приводит к деградации мышц и утрате подвижности. Существует целый ряд различных форм этого заболевания. При самой острой его разновидности средняя ожидаемая продолжительность жизни детей с этим недугом очень мала — меньше 18 месяцев¹⁷. Для генетического заболевания оно распространено сравнительно широко: в Великобритании примерно один человек из 40 является его носителем, а значит, около полутора миллионов британцев несут в себе одну дефектную копию соответствующего гена. По счастью, для развития симптомов болезни требуются две мутантные копии гена, а не одна¹⁸.

Спинальная мышечная атрофия возникает в результате удаления (делеции) гена SMN1 или прекращения его нормального функционирования. Если мы посмотрим на человеческий геном, нас может удивить, что такое изменение способно вызвать столь мощный эффект, поскольку в геноме имеется и другой ген, кодирующий тот же белок. Этот ген именуется SMN2. Отсюда очевидный вопрос: раз уж они кодируют один и тот же белок, почему ген SMN2 не может служить компенсацией поврежденного или утраченного гена SMN1 ?

Тут почти такая же история, как с прогерией Хатчинсона-Гилфорда. Видите ли, ген SMN2 слегка отличается от гена SMN1. Речь идет об изменении в ДНК-последовательности одного из участков, кодирующих аминокислоты. Аминокислотная последовательность из-за этого не меняется, поскольку речь идет об одном из триплетов, которые кодируют аминокислоты по принципу избыточности (то есть о тех случаях, когда одну аминокислоту может кодировать не один триплет). Зато меняется один из сайтов, помогающих рибосомам определять, в каком месте проводить сплайсинг молекулы информационной РНК¹⁹. Нет, сам сплайсинг-сайт не меняется. Меняется один из сайтов, влияющих на то, где происходит сплайсинг. В результате возникает «пропуск» на участке, кодирующем аминокислоту, и синтезируется белок, не обладающий нужными функциями. Поэтому ген SMN2 не может стать компенсацией гена SMN1, чья работа нарушена. Белок, вырабатываемый при нормальной деятельности гена SMN1, требуется для нормальной работы сплайсосом. В сущности, мутация в одном гене приводит к общим проблемам в сплайсинге информационных РНК, которые удалось бы преодолеть, если бы потенциальный ген-компенсатор не имел собственных проблем со сплайсингом.

Манипулирование сплайсингом в лечебных целях