Максим Франк-Каменецкий - Самая главная молекула. От структуры ДНК к биомедицине XXI века

И вот, представьте себе, ровно как в случае с кризисом 1970-х, помощь пришла совершенно неожиданно и откуда ее никто не ожидал. Только это было еще более удивительно. Ведь тогда, в начале 1970-х, наука о ДНК, молекулярная биология, была еще молодой и много чего предстояло еще наоткрывать. Другое дело теперь, в 2000-х. Громадная армия исследователей «утюжила» эту область вдоль и поперек в течение полувека. Как же можно было проворонить нечто принципиальное? Выходит, что можно.

То, что так долго не замечали, носит странное название РНК-интерференция, или РНКи (RNAi по-английски). Это та самая система РНКи, о которой речь шла в конце главы 6 в связи с иммунитетом у растений. Эта система, основным элементом которой являются короткие интерферирующие молекулы РНК (киРНК), возникнув у растений как механизм защиты от вирусов, сохранилась в ходе эволюции, хотя у животных она играет другую роль. По-видимому, киРНК принимали за РНКовый мусор, за продукт естественной деградации разных молекул РНК, и потому так долго не обращали на них внимание. Что же в них такого особенного, в этих коротких РНК, почему о них вдруг все заговорили? Более того, все вдруг стали ими заниматься. Дело в том, что киРНК делают в клетке именно то, что нам необходимо научиться делать, чтобы выйти из постгеномного кризиса: они избирательно «глушат» гены.

Делают они это на уровне мРНК; киРНК (они имеют практически строго определенную длину: 21 нуклеотид) связываются, согласно обычному правилу комплементарности, с участком мРНК. Специальные ферменты системы РНКи распознают этот комплекс и деградируют мРНК. Поскольку, как правило, только один тип молекул мРНК, отвечающий какому-то одному белку, имеет участок, комплементарный данной 21-членной РНК, эта киРНК выключает синтез только конкретного белка.

На самом деле все происходит сложнее: киРНК должна быть двухцепочечной, чтобы механизм РНКи работал. Но это детали. Суть в том, что наряду с хорошо известными механизмами регуляции экспресии гена на уровне транскрипции обнаружен новый способ «глушения» экспрессии гена путем деградации уже синтезированной мРНК по механизму РНКи. Прелесть этого нового механизма состоит в том, что ему можно подсунуть искусственную киРНК, последовательность которой выбрана так, чтобы она была комплементарна какому-то участку мРНК того белка, выработку которого экспериментатор желает заглушить. И представьте себе, система РНКи работает с подсунутой искусственной киРНК так же, как с естественной, выключая белок.

Когда весть об успешных экспериментах такого рода, сделанных первоначально на малюсеньком червячке, облетела лаборатории мира, началась подлинная золотая лихорадка. Вот тут-то геномы заработали вовсю. Ведь для того, чтобы узнать, какую последовательность нуклеотидов синтезировать, чтобы «заглушить» выбранный ген, нужно знать ДНКовую последовательность этого гена. За короткий срок наличие системы РНКи и возможность ее использования для избирательного глушения генов были документированы практически для всех растений и животных, включая человека.

Хотя изучение системы РНКи и ее применение находятся на ранней стадии, мало кто усомнится в том, что этому открытию суждено сыграть в постгеномную эру такую же ключевую роль, какую открытие рестриктаз сыграло в эпоху возникновения генной инженерии и биотехнологии. РНКи открывает воистину необозримые горизонты. Получив в свое распоряжение универсальный способ выключения генов по одиночке и группами, исследователи в лабораториях всего мира всерьез взялись за выяснение функций всех генов генома. Разумеется, эксперименты проводятся на отдельных клетках и на животных, но результаты, как правило, можно перенести на человека из-за большого сходства геномов.

Но и этого мало. Возникли биотехнологические фирмы, которые разрабатывают подходы к прямому использованию киРНК в медицине. Ведь потенциально система РНКи сулит человечеству совершенно новый класс лекарств. В самом деле, очень часто болезнь связана с выработкой дефективного белка, что особенно хорошо изучено на примере многих форм рака, о чем говорилось в главе 11. Если выработку такого белка заглушить при помощи киРНК или каким-то другим способом, болезнь будет излечена. Захватывающая дух перспектива состоит в том, что, если научиться так лечить какую-то одну болезнь, все, что нужно сделать, чтобы лечить другую, – заменить одну киРНК на другую. Очень похоже на философский камень алхимиков. Но очень солидные ученые мужи и жены не покладая рук трудятся, чтобы претворить эту «алхимию» в жизнь. Безусловно, трудностей на их пути много. Но ни одна не выглядит непреодолимой.