Գենի տրանսկրիպցիան էուկարիոտներում․ ԴՆԹ-ից մինչև տ-ՌՆԹ

Գեները գտնվում են բջջակորիզում։ Ռիբոսոմները՝ սպիտակուցներ հավաքող մեքենաները, գտնվում են բջջակորիզից դուրս և լողում են ցիտոզոլ կոչվող քիմիական նյութերի խառնուրդի մեջ: Այս տարածական տարանջատումը բջջի համար նյութատեխնիկական խոչընդոտ է առաջացնում: Ռիբոսոմին անհրաժեշտ են գենի հրահանգներ՝ համապատասխան սպիտակուցը կառուցելու համար, սակայն գեները թակարդված են բջջակորիզում։ Իսկ ինչպե՞ս են գենի հրահանգները բջջակորիզից հասնում ռիբոսոմին:

Լուծումը պարզ է (եթե անտեսեք մանրամասները): Գենի հրահանգները (որոնք գրված են ԴՆԹ-ի նուկլեոտիդների լեզվով) տրանսկրիպցիայի են ենթարկվում՝ առաջացնելով տՌՆԹ: Այս տՌՆԹ-ները դուրս են գալիս բջջակորիզից և ուղևորվում դեպի ռիբոսոմներ, որտեղ տալիս են իրենց համապատասխան սպիտակուցների մասին հրահանգները: տՌՆԹ-ների ստեղծումը (այս շարժական գեների ստեղծումը) կոչվում է գենի տրանսկրիպցիա: Եկ սովորենք դրա մասին:

Պատկերացրու, որ իտալական ռեստորանի սեփականատեր ես: Բոլոր բաղադրատոմսերը , որոնք օգտագործում են քո խոհարարները պահվում են մի մեծ գրքում և ամեն գիշեր, երբ խոհանոցը փակվում է, գիրքը պահում ես քո գրասենյակում՝ ապահովության համար: Հիմա պատկերացրու, որ շաբաթ օրը կեսօրին քո գրասենյակի դուռը անսարք է, և դու և բաղադրատոմսերի գիրքը փակվել եք ներսում, իսկ ռեստորանը պետք է բացվի մի քանի ժամից: Դու փորձում ես զանգահարել քաղաքի բոլոր փականագործներին, բայց հանգստյան օրերին ոչ ոք չի աշխատում: Ինչպե՞ս ես պատրաստվում բաղադրատոմսերը քո փակ գրասենյակից փոխանցել խոհարարներին, որպեսզի նրանք կարողանան պատրաստել այն ուտեստները, որոնք պատվիրում են ձեր հաճախորդները:

Սկսում է գործել հետևյալ համակարգը։ Երբ հաճախորդը պատվիրում է որոշակի ուտեստ, մատուցողը պետք է թակի քո դուռը և քեզ հայտնի։ Դու գրքում գտնում ես համապատասխան բաղադրատոմսը, այնուհետև այն գրում եք 3x5 չափսի թղթի վրա։ Քանի որ տարածքը փոքր է, իսկ ժամանակն՝ էական, դու օգտագործում ես որոշ սղագրություններ և հապավումներ, բայց պետք է համոզվես, որ ներառել ես բաղադրատոմսի բոլոր էական տարրերը: Այնուհետև այդ թուղթը փակվող պլաստիկ տոպրակի մեջ ես դնում (այն խոհանոցում վնասներից պաշտպանելու համար) և սահում դռան ներքևի ճեղքով ուղարկում ես: Մատուցողը այն տանում է խոհանոցում սպասող խոհարարին, և խոհարարն արդեն ունի իրեն անհրաժեշտ տեղեկատվությունը հաճախորդի ուտեստը պատրաստելու համար: Խնդիրը լուծված է: (Եթե անտեսեք այն փաստը, որ դու դեռ փակված ես քո գրասենյակում):

Բջիջներում տրանսկրիպցիան այն գործընթացն է, որը նման է բաղադրատոմսը 3x5 չափի թղթի վրա պատճենելուն և այն գրասենյակի դռան տակով սահեցնելուն: 3x5 չափի թուղթը, որի վրա գրված է բաղադրատոմսը, նման է տեղեկատու ՌՆԹ-ին (կար՝ տՌՆԹ): տՌՆԹ-ն ՌՆԹ-ի մի շղթա է, որը պարունակում է գենի մեջ պարունակվող տեղեկությունը: Պատկերացրու՝ տՌՆԹ-ն շարժական գեն է։ Այն ավելի փոքր է և ավելի շարժական, քան ԴՆԹ-ի հաջորդականությունը, որից այն առաջացել է, և պարունակում է նույն տեղեկությունը:

Երբ ինչ-որ նոր բան ես սովորում, միշտ մտածում ես՝ հասկացա՞ր, թե՝ ոչ։

Եթե վերհիշես ԴՆԹ-ի շղթայի պատկերը, կարող ես այն փոխակերպել տՌՆԹ-ի՝ երկու փոփոխություն կատարելով:

Հիդրօքսիլացված դեզօքսիրիբոզը կոչվում է ռիբոզ: Դեմեթիլացված թիմինը կոչվում է ուրացիլ: ՌՆԹ-ի մեկ շղթան ճիշտ նման է ԴՆԹ-ի շղթաներից մեկին՝ քիմիական նյութերի առումով, բացառությամբ այն բանի, որ ՌՆԹ-ի կազմում դեօքսիռբոզի փոխարեն պարունակվում է ռիբոզ, իսկ թիմինի փոխարեն՝ ուրացիլ:

Հարկ է նշել, որ բջիջները չեն պատրաստում տՌՆԹ-ներ՝ սկսելով ԴՆԹ-ի մեկ շղթայից և այնուհետև կատարելով այն փոփոխությունները, որոնք մենք նկարագրեցինք: Փոխարենը, նրանք օգտագործում են ռիբոզի և ուրացիլի՝ արդեն գոյություն ունեցող պաշարը՝ նուկլեոտիդների այլ բաղադրիչների հետ միասին, զրոյից տՌՆԹ պատրաստելու համար: Մենք պարզապես առաջարկում ենք, որ տՌՆԹ-ի քիմիական կառուցվածքը հասկանալու լավագույն միջոցը ԴՆԹ-ի շղթայից սկսելն է և նկարագրված երկու փոփոխությունները կատարելը:

ԴՆԹ-ի և ՌՆԹ-ի նուրբ տարբերությունները հասկանալու համար տես հետևյալ գծապատկերը․

տՌՆԹ-ներն առաջանում են ՌՆԹ պոլիմերազ II կոչվող ֆերմենտի միջոցով: Ինչպես կարող ես հասկանալ անունից, ՌՆԹ պոլիմերազ II-ի գործառույթը լայնորեն նման է ԴՆԹ պոլիմերազին: Բարձր մակարդակում միակ տարբերությունը օգտագործվող շինանյութերի մեջ է:

ԴՆԹ պոլիմերազն օգտագործում է ԴՆԹ-ի մեկ շղթա որպես կաղապար և սինթեզում է ԴՆԹ-ի մյուս շղթան: Սինթեզված ԴՆԹ-ի շղթայի յուրաքանչյուր նուկլեոտիդ փոխլրացնում է կաղապարի շղթայի նուկլեոտիդին: ՌՆԹ պոլիմերազ II-ը նույնպես օգտագործում է ԴՆԹ-ի շղթան որպես կաղապար և ԴՆԹ-ի լրացուցիչ շղթա ստեղծելու փոխարեն այն պատրաստում է ՌՆԹ-ի շղթա՝ տՌՆԹ։

Երբ ՌՆԹ պոլիմերազն ավարտում է իր գործը, տՌՆԹ-ն պետք է մշակվի՝ նախքան բջջակորիզից դուրս գալը: Մշակումն ունի երկու փուլ՝ պաշտպանություն և սփլայսինգ։

Այս փուլում տՌՆԹ-ի յուրաքանչյուր ծայրին ավելացվում են նուկլեոտիդային հաջորդականություններ՝ այն քայքայվելուց պաշտպանելու համար, ինչը կարող է տեղի ունենալ բջջակորիզից դուրս: տՌՆԹ-ի 5’ ծայրին Գ նուկլոտիդ է միանում: Սա կոչվում է 5’ գլխարկ։ Իսկ 3' ծայրին կցվում է Ա նուկլեոտիդից կազմված երկար հաջորդականություն: Սա կոչվում է poly-A պոչ: 5’ գլխարկը և poly-A պոչը տՌՆԹ-ին պաշտպանում են ցիտոպլազմայում գտնվող էկզոնուկլեազներ կոչվող ֆերմենտների ազդեցությունից, որոնք հատուկ թիրախավորում են մերկ 5’ ծայրերով ՌՆԹ-ի մոլեկուլները:

Մտածենք մշակման այս պաշտպանական փուլի մասին մեր ռեստորանային անալոգիայի տեսանկյունից: Գիտես, որ պետք է պաշտպանես 3x5 չափի թուղթը (որի վրա նշված է բաղադրատոմսը) խոհանոցում հնարավոր որևէ վնասվածքից, դրա համար այն տեղադրում ես պլաստիկ տոպրակի մեջ, որպեսզի պաշտպանես ջրից, յուղից կամ այլ որևէ բանից, որը կարող է վտանգել թանաքի ամբողջականությունը։ 5' գլխարկը և poly-A պոչը ունեն նույն պաշտպանական նպատակը:

տՌՆԹ-ի մշակման մյուս փուլը կոչվում է սփլայսինգ: Սփլայսինգի նպատակը տՌՆԹ-ից ինտրոնների հեռացումն է: Ինտրոնները ՌՆԹ-ի հաջորդականություններ են, որոնք չեն պարունակում որևէ տեղեկություն սպիտակուցի կառուցվածքի մասին։

Ինտրոնները տՌՆԹ-ից դուրս են բերվում ֆերմենտների համալիրով, որը կոչվում է սփլայսոսոմ: Սփլայսոսոմը գտնում է ինտրոնները, կտրում դրանք և այնուհետև միացնում է տՌՆԹ-ի մնացած մասերը տՌՆԹ-ի այն մասերը, որոնք սփլայսինգի արդյունքում չեն հեռացվում, կոչվում են էկզոններ: Ի տարբերություն ինտրոնների, էկզոնները, տՌՆԹ-ի մի մասն են, որոնք իրականում պարունակում են սպիտակուցի մասին հրահանգներ: Շատերն ինտրոններ պարունակուղ տՌՆԹ-ն անվանում են նախա-տՌՆԹ, իսկ սփլայսոսոմի միջոցով ինտրոնից ազատված տՌՆԹ-ն անվանում են առաջնային տՌՆԹ (որոշ հեղինակների կողմից նաև կոչվում է «հասուն տՌՆԹ»):

Մտածեք ինտրոնների սփլայսինգի մասին մեր ռեստորանային անալոգիայի առումով: Մեծ գրքի բաղադրատոմսերը կարող են պարունակել տարօրինակ տեղեկություններ, օրինակ՝ որտեղից է եկել բաղադրատոմսը, դրա պատմությունը քո ընտանիքում, կամ ինչ այլ ուտեստների կամ խմիչքների հետ կարելի է համադրել: Քեզ համար այդ պատմությունները առաջնային նպատակ չեն։ Այսպիսով՝ դու բաց ես թողնում դրանք նշումներն անելիս և ներառում ես միայն ուտեստ պատրաստելու համար անհրաժեշտ տեղեկությունը: Տրանսկրիպցիայի դեպքում առաջնային անհրաժեշտության մասին տեղեկատվությունը պարունակվում է էկզոններում, իսկ մնացած բոլորը՝ ինտրոնները, կարող են հեռացվել: Արդյունքում առաջանում է տՌՆԹ-ի ավելի փոքր և շարժական տարբերակ:

Երբ տՌՆԹ-ն պաշտպանված թ և սփլայսինգի է ենթարկվել, այն պատրաստ է դուրս գալ բջջակորիզից և սկսել սպիտակուցների սինթեզի երկրորդ փուլը, որը կոչվում է տրանսլյացիա։

Մեր ռեստորանի օրինակում ի՞նչ կլիներ, եթե դռան տակով սահեցրած թուղթը չհասներ խոհանոց։ Ճաշատեսակը չէր պատրաստվի, քանի որ խոհարարը չէր ունենա բաղադրատոմսը, այնպես չէ՞:

Վերջին տարիներին բժշկական թերապիայի խոստումնալից դասի ժամանակ օգտագործվել է այս գաղափարը՝ մի շարք վատ հիվանդությունների նոր թերապիաներ մշակելու համար: ՌՆԹ-ի միջամտություն անվան տակ ընկած այս թերապիաները խաթարում են վնասակար սպիտակուցների արտադրությունը՝ ընդհատելով և անգործունակ դարձնելով տՌՆԹ-ները՝ նախքան ռիբոսոմներ հասցնելը: Սա կանխում է համապատասխան սպիտակուցների արտադրությունը առաջին հերթին:

Էբոլայի բուժման վերջերս առաջարկված տարբերակը ներկայացնում է ՌՆԹ-ի միջամտության տեխնիկայի թերևս ամենալայն կիրառումը:

Էբոլան, ինչպես վիրուսների մեծ մասը, հիմնականում տրանսկրիպցիայի մեքենա է: Այն պարունակում է վիրուսի գենոմ --- հիմնականում շատ փոքր և պարզ քրոմոսոմ --- պոլիմերազ ֆերմենտի հետ միասին: Երբ վիրուսը ներթափանցում է քո բջիջներից մեկը, պոլիմերազ ֆերմենտը սինթեզում է իր գենոմի յուրաքանչյուր գենի համար տՌՆԹ-ներ: Այնուհետև քո սեփական ռիբոսոմներն օգտագործումէ սեփական սպիտակուցներ կառուցելու համար: Էբոլա վիրուսի համար այս սպիտակուցները պատրաստելուց հետո դրանք ուղղորդում են նոր էբոլա վիրուսների կառուցումը:

Էբոլայի դեմ պայքարի մեկ ակնհայտ գաղափար կլինի պտուտակաբանալի մտցնել այս ամբողջ գործընթացի մեջ և դադարեցնել կրկնապատկման գործընթացը։

Օգտագործելով ինժեներական մոլեկուլների դաս, որը կոչվում է կարճ միջամտող ՌՆԹ (կարճ՝ small interfering RNA՝ siRNA), գիտնականները ցույց են տվել, որ վարակված բջիջների ներսում Էբոլա վիրուսի սինթեզած վիրուսային տՌՆԹ-ները կարող են բռնվել և ոչնչացվել՝ նախքան նրանք կարող են իրենց գենետիկ հաղորդագրությունները հասցնել ընդունող բջջի ռիբոսոմներին: Չկա Էբոլայի տՌՆԹ, չկան Էբոլայի սպիտակուցներ: Չկան Էբոլայի սպիտակուցներ՝ Էբոլան կորցնում է հյուրընկալող բջիջների ներսում կրկնապատկվելու ունակությունը:

Ինչպես մյուս բոլոր նոր բուժումները, այնպես էլ Էբոլայի դեմ siRNA- ի վրա հիմնված բուժումները սկզբում հաստատվեցին՝ օգտագործելով կենդանիների մոդելներ: Սակայն, վիրուսի վերջին բռնկման ժամանակ Արևմտյան Աֆրիկայում և դրա հետագա տարածման ընթացքում Հյուսիսային Ամերիկայում, ԱՄՆ-ի իշխանությունների Սննդամթերքի և դեղորայքի վարչությունը դիմեց արմատական ​​քայլի՝ siRNA-ի վրա հիմնված Էբոլա թերապիայի համար, որը կոչվում է TKM-ebola: Թեև մանրամասներն ուրվագծվում են, մենք գիտենք, որ TKM-ebola-ն կիրառվել է մի քանի տարբեր հիվանդների դեպքում, և դա կարող էր դեր խաղալ նրանց հետագա ապաքինման մեջ: