Мусорная ДНК. Путешествие в темную материю генома

Миллиарды долларов каждый год расходуют фармацевтические компании на создание новых лекарств для борьбы с заболеваниями человека. Ученые надеются отыскать способы лечения пока неизлечимых болезней и помочь пациентам справиться с их тяжелыми недугами. А больных людей становится все больше, поскольку средний возраст жителей Земли неуклонно растет. Революционные открытия, позволившие глубже понять воздействие мусорной ДНК на генетическую экспрессию и развитие заболеваний, привели к возникновению массы новых фармкомпаний, жаждущих освоить эту сферу. Большинство этих новых исследований направлены на использование в качестве лекарств самих РНК, не кодирующих белки. Основная идея такова: мусорную РНК (длинную некодирующую, малую или еще одну их разновидность — антисмысловую РНК) будут давать больному для воздействия на генетическую экспрессию и для того, чтобы управлять течением болезни, а то и вовсе вылечить пациента.

Сейчас мы лечим болезни совсем не так. С давних пор большинство медикаментов представляет собой так называемые малые молекулы. Они синтезируются искусственно и сравнительно просты по структуре и форме. Примеры этих веществ, служащих основой широко распространенных лекарственных препаратов, приведены на рис. 19.1.

Рис. 19.1. Структурные формулы некоторых малых молекул, применяемых в медицине (под ними — названия лекарств, действующим началом которых они являются).

Не так давно ученые научились использовать белки в качестве лекарств. Вероятно, наиболее известный пример — инсулин, тот самый гормон, посредством которого диабетики регулируют уровень сахара в крови. Антитела — еще один тип белковых средств, оказавшихся весьма эффективными. Речь идет об искусственно измененных версиях молекул, которые наш организм производит для борьбы с инфекциями. Фармацевтические компании находят способы адаптировать их так, чтобы эти вещества соединялись с белками, проявляющими сверхэкспрессию, и нейтрализовали их действие. Самое популярное из таких антител позволяет весьма эффективно лечить ревматоидный артрит. Есть и другие, помогающие при лечении самых разных болезней и дефектов — от рака груди до слепоты¹.

Малые молекулы и антитела имеют свои достоинства и недостатки. Синтез малых молекул обычно стоит недорого. Их легко вводить в организм: зачастую их нужно просто проглотить. Однако их недостаток в том, что они не задерживаются в организме очень уж надолго, и пациент вынужден принимать их регулярно. Антитела же могут оставаться в организме неделями или даже месяцами. Но их должен вводить профессионал, и они очень дороги в производстве.

Имеются у таких средств и другие недостатки. Антитела эффективны лишь для борьбы с молекулами, которые присутствуют в телесных жидкостях (скажем, в крови) или на поверхности клеток. Эти лекарства не могут проникать внутрь клеток, чтобы выполнять там свою работу. А вот малые молекулы определенной структуры в случае необходимости это умеют. Но с их помощью, похоже, можно контролировать лишь ограниченное число разновидностей белков.

Малые молекулы работают как ключ в замке. Если вы находитесь в своем доме, проще всего помешать другим войти, заперев дверь изнутри и оставив ключ в замочной скважине. А если вам захочется навеки закрыть всем доступ в дом, вы можете даже использовать слегка дефектный ключ, который навсегда застрянет в замке.

Такой подход срабатывает, поскольку ключ входит в замок весьма плотно. А вот для блокировки какого-нибудь старомодного засова ключ бесполезен. Ему там просто не во что войти. Он будет лишь скользить по поверхности. То же самое относится и к нашим клеткам. Внутри у них имеется множество белков, которые мы и рады бы контролировать, только вот не можем создать для них подходящие малые молекулы — из-за структуры этих белков. В них попросту нет удобных щелей или карманов, куда можно было бы аккуратно вставить молекулу лекарства. У них обширные плоские поверхности, на которых негде приютиться малой молекуле.

Можно попытаться создать более крупные молекулы, способные покрыть всю такую поверхность. Проблема в том, что как только молекулы лекарства превысят определенный размер, они перестанут хорошо циркулировать в организме и вообще не смогут попасть в клетки, чтобы сделать свое дело.

Есть и еще одна проблема. Да, достаточно трудно создать лекарство, молекулы которого сумеют попасть в клетку, соединиться с определенным белком и остановить его работу. Однако неизмеримо труднее создать лекарство, молекулы которого сумеют попасть в клетку, соединиться с определенным белком и затем вынудить его работать интенсивнее, или быстрее, или лучше. Практически невозможно разработать лекарство традиционного типа, которое усиливало бы экспрессию одного определенного белка или включало бы лишь один-единственный ген.

Может ли нас спасти мусорная ДНК?