Після минулорічної Нобелівської премії за вакцини з мРНК шведські академіки та їхні колеги явно вирішили політкоректно вшанувати різноманіття та нагородити клітинних опонентів минулорічної теми, а саме мікроРНК. Вступний жарт вийшов десь таким самим непростим, як і завдання пояснити, за що ж дали Нобелівську премію з фізіології або медицини. Як сказала представниця Нобелівського комітету на церемонії оголошення, минулого року вручили за дуже прикладну тему «медицини», тоді як тепер — за суто фундаментальну «фізіологію».
Щоб розібратися, що це за мікроРНК, треба згадати, як працює наша спадковість, чому діти схожі на батьків. Уся справа в генах, це зараз знають усі. А гени — це шматочки довгої молекули ДНК, де інформація записана в вигляді лінійної послідовності «літер»-нуклеотидів: А (аденін), Т (тимін), Г (гуанін) і Ц (цитозин). Щоб інформація, від якої залежить наше життя, не попсувалася, вона записана двічі — як подвійна спіраль. Хімічне дублювання дуже просте: навпроти літери А завжди стоїть Т, а навпроти Г — літера Ц. Це правило кодування носить ім'я Ервіна Чаргаффа, уродженця Чернівців (зберігся будинок, де він провів перші роки життя), який відкрив його в середині XX століття. Дуже економний механізм «бекапу»: якщо втратиться якась літера з одного ланцюга, клітина автоматично підставляє другий потрібний нуклеотид. Це явище, пов'язане з правилом Чаргаффа, також називають принципом комплементарності, тобто доповнюваності. Одна стрічка ДНК дозволяє доповнити другу.
Яку ж інформацію зберігають гени? Це інформація про структуру білка. Білки роблять усю роботу в нашій клітині: тягають молекули з місця на місце, перетворюють їх на потрібні нам, сприймають зміни зовнішнього середовища. Коли в клітини з'являється нова потреба, чутливі білки сигналізують іншим білкам, які перебувають поблизу ДНК, у ядрі, що саме час створити нові білки — такі, що відповідають новим умовам. Інформаційне сховище ДНК лише зберігає інформацію, а білки збираються подалі звідти, на рибосомах. Тому послідовність літер-нуклеотидів спочатку копіюють в вигляді молекули матричної РНК, мРНК, тої самої, за яку дали «Нобеля» минулого року. Ця молекула містить не тільки інформацію про будову білка, але й додаткові інструкції про те, як багато того білка робити та як довго зберігати копію — некодувальні ділянки, тобто такі, які не кодують структуру білка.
Ця мРНК теж копіюється за тим самим принципом комплементарності, хоч мова РНК трохи відмінна: замість Т у неї йде нуклеотид У (урацил). А далі — все так само: навпроти А — У, навпроти Г — Ц. Копія робиться точна, хоча потім і відрізаються зайві шматочки та пришиваються необхідні. Потім готова мРНК прямує з клітинного ядра на рибосоми, де має збудуватися білок. Знову-таки, за принципом комплементарності транспортні РНК приносять окремі амінокислоти до рибосоми та додають їх до білкового ланцюга. Саме так гени впливають на роботу організму. Просту схему «ДНК — копія мРНК — білок» британський біолог і нобелівський лауреат 1962 року Френсіс Крік назвав «центральною догмою молекулярної біології».
Усе було зрозуміло тим самим молекулярним біологам, аж поки Гері Равкун і Віктор Амброз не взялися розбиратися з окремими генами черв'ячка Caenorhabditis elegans. Ця міліметрова тваринка живе в маленькій екосистемі підгнилих фруктів поруч з іншими улюбленими організмами генетиків — мухами-дрозофілами та дріжджами. До речі, увів її в лабораторну культуру ще один нобелівський лауреат — Сідні Бреннер. Черв'ячок зручний у дослідженні, швидко росте та має чітко визначену кількість клітин — близько однієї тисячі.
Амброз із колегами знайшли ген let-4, продукт якого явно блокував утворення продукту гену let-14. Білок let-14 легко знайшли, а ось білка let-4 виділити не вдавалося. У лабораторії Равкуна виявили РНК, що зчитувалася з гену let-4. Виявилося, що це маленька молекула з двох частин, менша з яких складає тільки 22 нуклеотиди та частково комплементарна до фрагмента мРНК let-14. Тут Амброз і Равкун зрозуміли, що відкрили щось нове. Мало того, що мала РНК блокувала передачу інформації з іншої мРНК на білок, так ще й робила це не з повною комплементарністю. Це означало, що такі РНК можуть взаємодіяти не тільки з мРНК конкретного гена, але й з десятками інших, з дещо схожими послідовностями.
У струнку центральну догму «ДНК — РНК — білок» втрутилися нові РНК. Виявляється, недостатньо зчитати мРНК з ДНК. Цю мРНК можуть зупинити якісь маленькі мікроРНК. Ген працює, а білка нема. І так — з десятками схожих між собою невеличкою ділянкою генів. Нащо такі складнощі? Система виглядає жахливо неекономною: на розкручування ДНК, збирання білків, що розпочинають та проводять транскрипцію, синтез довгої мРНК іде багато енергії. І все це дарма — бо білка не буде, а зв'язана з мікроРНК мРНК буде, ймовірно, знищена рано чи пізно. До речі, за розуміння механізму знищення, РНК-інтерференції, учень Амброза Крейґ Мелло разом з Ендрю Фаєром здобули Нобелівську премію ще 2006 року. Там теж задіяно понад десяток різних білків. І всі теж потребують енергії.
Додаткові ланки регуляції спадковості дійсно витрачають дорогоцінну енергію. Утім, за складність завжди потрібно платити. Надлишковість біологічних систем дозволяє їм ускладнюватися, ставати спочатку багатоклітинними, потім клітинам набувати спеціалізації, збільшувати інтеграцію та пластичність. А саме останні дві властивості сприяють еволюційному успіхові — вижити та розмножитися.
Практична користь від фундаментальних знань про участь мікроРНК у регуляції роботи клітини та організму здається очевидною. Спроби фінансистів та аудиторів «оптимізувати» складні сфери суспільства, як-то науку, освіту чи культуру, шляхом економії ресурсів неодмінно приводять до спрощення та ригідності суспільних систем. Замість оптимальності та ефективності на виході маємо деградацію та вимирання.
