Нобелевскую премию дали за молекулярные «отпечатки пальцев» заболевания

Открытие «отпечатков пальцев» будущего заболевания – микромолекул РНК (рибонуклеиновой кислоты) – принесло Нобелевку по физиологии и медицине молекулярным биологам Виктору Эмбросу – профессору Массачусетского университета в Вустере и генетику из Гарварда Гэри Равкану. Новый класс крошечных молекул, от которых зависит регуляция активности генов, стал настоящей научной бомбой больше 30 лет назад, в 1993 году. Сейчас ученые возлагают на них большие надежды в плане диагностики и лечения многих заболеваний. Мы побеседовали о сложных «взаимоотношениях» генов в человеческом организме, включая влияние микроРНК, с руководителем лаборатории регуляции клеточных сигналов МФТИ Ильей ЗУБАРЕВЫМ.

Итак, все началось с двух статей в журнале Cell, в которых говорилось об открытии класса микромолекул рибонуклиновой кислоты у круглого червя C. Elegans. Позже выяснилось, что они  играют решающую роль в регуляции генов не только у червей, но и  у всех других организмов, включая нас с вами.

– Илья Владимирович, прежде чем перейти к открытию микроРНК и их значении, расскажите сначала о различиях более крупных молекул – ДНК и РНК.

– В ходе эволюции у живых организмов первыми появились РНК — маленькие одноцепочечные молекулы, которые могли регулировать различные процессы в организме: что-то ускоряли, что-то замедляли. Но они не могли стать основой наследственности, не могли кодировать ту информацию, которую можно передавать из поколения в поколение. Поэтому, наверное, в дополнение к РНК появились двухцепочечные молекулы ДНК. Наличие двух цепочек в них очень важно – если в одной появляются какие-то мутации, то организм, ориентируясь на вторую, «автоматически» ремонтирует свой геном.

– РНК, получается, не такая стабильная? 

– Да, она быстро разрушается. Но она играет очень важную роль в генетическом ансамбле. Если в ДНК записана абсолютно вся информация: и про регуляцию генов, и их «портреты», что когда должно включиться, и вся наша история жизни от клетки одной зиготы до формирования полноценного человека, то за регуляцию этих процессов отвечают другие системы. Например, матричная РНК создает те белки, из которых мы состоим. Есть еще транспортная РНК, рибосомальная РНК, у которых свои важные функции.

– То есть ДНК — это такой свод правил, а РНК – их исполнитель?

– Я бы дополнил: РНК – это и исполнитель, и регулятор, который, как полицейский, говорит, что и как надо делать. ДНК же просто существует, как данность и передается по наследству.

– Итак, теперь перейдем к микроРНК, о которых до 1993 года никто не знал. Для чего они предназначены?

– Оказалось, что активность генов определяется не только транскрипционными факторами (белками, которые включают или выключают гены), но и маленькими некодирующими РНК. Это часть «большой» РНК. Такие молекулы как раз отвечают за то, как должна регулироваться работа генов и определяют сколько молекул белка сможет произвести клетка. Более того, такие малые молекулы РНК могут служить своеобразными «отпечатками пальцев» физиологического состояния организма, по их присутствию можно предсказывать развитие болезни и определять стратегию индивидуального лечения конкретного пациента.

– То есть они проявляются с развитием какого-то заболевания?

– В норме они есть у всех. Но если у человека есть предрасположенность к какой-то патологии, у него может увеличиваться количество определенных микроРНК.

– Сколько разновидностей микроРНК существует?

– Их миллионы. Классификации, как таковой, нет, маркируют их, как правило, цифрами или буквами.

– И по конкретному типу микроРНК можно определить, какому органу грозит заболевание?

– Эти работы только появляются. К примеру, мы начинает работать над микроРНК, которые могут указывать на наличие патологии костной системы человека. Если увидим маленькие молекулы, то можем сказать, какие именно лекарства будут эффективней для конкретного пациента. Это будет настоящая пациентоориентированная стратегия лечения.

– Давайте подытожим, чем же микроРНК отличается от РНК?

– Во-первых, размером: микроРНК состоит из 20-25 нуклеотидов, а, к примеру, матричная РНК – из 1000. Во-вторых, функционально: матричная РНК создает белки, а микроРНК в связке с ней регулирует этот процесс (или останавливает его, если видит, что синтез белка идет неправильно). Тогда их получается больше.

– А как же определяют заболевание по ДНК?

– До 1993 года генетики пытались определить заболевание именно по последовательности нуклеотидов в том или ином гене. К примеру, у всех есть ген А. У всех он разный, отличается нуклеотидной последовательностью. Встречаются мутации, которые в определенном проценте случаев могут приводить, к примеру, к ожирению. Но точность этой диагностики хромает, потому что для возникновения ожирения мутации в отдельно взятом гене мало, – надо чтобы были мутации и в других генах, а найти их все – очень сложная задача. МикроРНК могли бы быстрее и надежнее указать на наличие патологии или ее будущее развитие. Это уже говорило бы о реальных процессах, которые происходят, и помогло выбрать стратегию лечения.

– Насколько далека наука о микроРНК от клинической практики?

– Несмотря на то что их открыли больше 30 лет назад, исследования до сих пор изучаются на уровне фундаментальной науки. Я думаю, лет пять еще надо, чтобы в клиниках появились диагностические тесты на основе микроРНК.