Мусорная ДНК. Путешествие в темную материю генома

Крайнее проявление этого феномена — сплайсинг, процесс, посредством которого наши клетки создают множество родственных друг другу белков на основе одного гена (см. рис. 2.5). Такое умение использовать компоненты гена множеством различных способов порождает невероятную биологическую гибкость и дарит организму дополнительные возможности. Мы получим некоторое представление о степени этой потенциальной вариативности обратившись к цифрам. Каждый ген человека содержит в среднем по 8 участков, кодирующих белки, и каждый из этих участков отделен от других областями мусорной ДНК[68]. Показано, что по меньшей мере 70% генов человека создают не менее чем по паре белков¹. Это достигается благодаря объединению различных участков, кодирующих аминокислоты. В очередной раз воспользуемся нашим примером со словом БЛЕДНОСТЬ (см. все тот же рис. 2.5). Оно позволяет нам синтезировать не только белок, обозначаемый как ЛЕНОСТЬ, но и белок, обозначаемый как ДНО. Способность создавать разные белки таким путем называется альтернативным сплайсингом.

Участки, кодирующие аминокислоты, сравнительно коротки по сравнению с мусорными областями, которыми они перемежаются. Средняя длина нуклеотидных последовательностей, кодирующих аминокислоты, составляет около 140 пар нуклеотидных оснований, однако эти участки могут быть окружены мусорными областями длиной по несколько тысяч пар оснований². Около 90% пар нуклеотидных оснований в гене принадлежат этим промежуточным последовательностям (назовем их так), а не участкам, кодирующим аминокислоты. Представив это как подобие текста на английском языке, мы сразу же увидим некоторые проблемы, с которыми сталкивается клетка.

Вообразите, что вы встретили юношу (или девушку), и он (она) вас совершенно очаровал (очаровала). И тут вы, узнав, что он (она) обожает поэзию, решили прямо-таки потрясти предмет вашего нового увлечения — прочесть стихи. Но, поскольку в школе вы всегда прогуливали уроки литературы, ваш приятель снабдил вас листком, на котором написана просто убийственная первая строчка стихотворения, способная сразить наповал. Но вдруг, в самый неподходящий момент, выясняется: почему-то ваш друг (возможно, страдающий легкой формой социопатии) спрятал слова этой строчки среди гигантского количества бессмысленных сочетаний букв. А у вас есть всего несколько секунд на то, чтобы отыскать запрятанные слова, произнести их вслух и покорить сердце вашего объекта обожания (или хотя бы привлечь его внимание). Ну как, удастся вам это сделать? Проверьте себя. Быстренько взгляните на рис. 17.1.

Где-то здесь спрятана замечательная поэтическая строка

Рис. 17.1. Бросьте всего один взгляд на этот устрашающий текст. Найдете в нем строчку, способную завоевать кое-чье сердце?

А ведь наши клетки проделывают это все время, постоянно, много раз в течение каждогодня нашей жизни. Клеточная аппаратура анализирует длинную цепочку явной абракадабры, почти мгновенно находит скрытые в ней слова и соединяет их вместе. Ладно уж, теперь можете посмотреть на рис. 17.2 и выяснить, удалось ли вам потягаться с неразумными белками, благодаря которым вы, между прочим, до сих пор живы.

Одна из самых романтичных и обольстительных первых строчек среди всех стихотворных текстов, когда-либо написанных по-английски: «Had we but world enough and time» (Когда бы времени хватило нам и мира)

(Эндрю Марвелл, «К стыдливой возлюбленной»)

Рис. 17.2. Читайте только то, что выделено жирным и подчеркнуто.

В любой длинной последовательности случайных букв всегда обнаружатся еще и комбинации, из которых, опять-таки, чисто случайно складываются слова. Если при ухаживании (интересно, в наши дни кто-нибудь еще ухаживает?) вы по ошибке произнесете именно эти слова, вы можете разрушить свой единственный шанс обрести счастье. Рисунок 17.3 покажет вам, как это может произойти.

При выборе определенной комбинации правильных и неправильных слов вы явно выразите совсем другое чувство: «Had we but had enough to drink» («Когда б хватило нам хмельного здесь напитка»).

Рис. 17.3. Нет! Комбинация неудачная!

Используя этот несколько причудливый пример, можно лучше понять некоторые чисто механистические проблемы, с которыми сталкиваются наши клетки, пытаясь должным образом провести сплайсинг молекул РНК. Если бы мы сами разрабатывали такой процесс, он бы, наверное, состоял из компонентов, показанных на рис. 17.4³. Но компоненты, представленные на схеме, дают лишь упрощенную картину. Важно осознавать, что различные клетки будут по-разному обращаться с одним и тем же геном — в зависимости от типа клетки и от того, что происходит с ней в данный момент. А значит, все стадии процесса нужно соответствующим образом регулировать и интегрировать, чтобы вырабатывать именно такие вариации белков, которые лучше всего подходят к конкретной ситуации (то есть лучше всего удовлетворяют нуждам организма в данный момент).