Мы с вами — довольно крупные животные. Вероятно, поэтому нас обычно сильнее всего впечатляют животные, которые крупнее и сильнее нас. Что ж, оно и понятно. В конце концов, большая кошка вроде ягуара — и правда, создание весьма впечатляющее. Да к тому же ягуар — охотник, плотоядный зверь. А вот муравей по сравнению с ягуаром выглядит довольно жалко, даже если он принадлежит к кочевым муравьям — разновидности, широко распространенной в Центральной и Южной Америке. Конечно, есть в этих насекомых некое мрачное обаяние, но все равно человек не станет бояться того, кого запросто можно раздавить легким движением туристского сапога.

А вот целая колония муравьев-кочевников — совсем иное дело. Пожалуй, такая колония пожирает не меньше плоти, чем один ягуар. Увидев, как такие существа плотным потоком движутся на вас, сразу захочется удрать от них подальше.

Так же и с нашим геномом. В нем тысячи разновидностей молекул очень маленькой мусорной нуклеиновой кислоты особого типа1. Каждая разновидность играет освою роль в тонкой настройке генетической экспрессии. По отдельности их воздействия слабы. Но если мы посмотрим на общий результат, то окажется, что мы имеем дело с весьма впечатляющей армией.

Добро пожаловать в мир малых РНК, могучего войска кочевых муравьев нашего генома. Эти молекулы РНК имеют небольшие размеры: обычно — лишь от 20 до 23 нуклеотидных оснований в длину. Их можно представлять себе как «подталкивающие» молекулы, способные придавать дополнительную тонкую настройку процессам контроля генетической экспрессии.

На рис. 18.1 схематически показано, как вырабатываются эти малые РНК и как они действуют. Их порождают двунитевые молекулы РНК. Затем малые РНК соединяются с нетранслируемыми областями на концах информационных РНК, создавая новую двухцепочечную РНК. Появление этой двунитевой структуры, зависящее от взаимодействия одной мусорной последовательности с другой, оказывает на информационную РНК либо одно, либо другое воздействие. Новая структура может либо таргетировать информационную РНК, чтобы ее разрушить, либо затруднить для рибосом трансляцию нуклеотидной последовательности этой информационной РНК в белки. В обоих случаях результат, по сути, один и тот же: резко падает количество белка, синтезируемого на основе данной информационной РНК,2.

Рис. 18.1. Схема упрощенно показывает, как клетка создает два разных типа малых РНК из более длинных молекул РНК. Эти два типа малых РНК подавляют генетическую экспрессию по-разному, как показано в нижней части схемы.

Малые РНК, служащие триггерами разрушения молекул и информационной РНК, должны идеально соответствовать своим мишеням. Те же, которые лишь ингибируют трансляцию информационных РНК, гораздо более легкомысленны. Они соединяются с информационной РНК, даже если на ней соответствуют нужной мишени всего 6-8 нуклеотидов, расположенных подряд (это так называемая «посадочная последовательность», seed sequence). В результате одна малая РНК может соединяться более чем с одним типом информационных РНК, замедляя трансляцию. Еще одно потенциальное следствие такой неразборчивости в связях: относительное содержание различных информационных РНК в клетке будет влиять на степень контроля каждой из них со стороны той или иной малой РНК. А значит, каждая малая РНК будет оказывать свое особое действие — в зависимости от того, какие из ее мишеней экспрессированы в клетке и каково соотношение количеств этих молекул-мишеней.

 

Малые РНК: польза и вред

Существует отдельный кластер малых РНК, играющий важную роль в регуляции определенного типа клеток иммунной системы. Если у мышей этот кластер претерпевает сверхэкспрессию, то зверьки испытывают летальную сверхактивацию иммунной системы3,4. С другой стороны, те мыши, у которых вообще отсутствует данный кластер, умирают либо незадолго до появления на свет, либо вскоре после рождения. У человека потеря одной копии этого кластера приводит к некоторым формам редкого заболевания — синдрома Файнгольда5. Симптомы могут быть весьма различными. Нередко в их число входят деформации скелета, проблемы с почками, кишечная непроходимость, а также затруднения при обучении (средней степени)6.

Следствия нарушения экспрессии данного кластера, состоящего всего из 6 малых РНК, кажутся странно разнообразными. Впрочем, удивляться такому разнообразию не стоит. По подсчетам специалистов, один только этот кластер может осуществлять таргетирование более тысячи генов, кодирующих белки7.

Мусорные последовательности, кодирующие малые РНК, зачастую расположены внутри других мусорных областей — например, в генах, отвечающих за выработку длинных некодирующих РНК8. Существует заболевание, именуемое гипоплазией развития хрящевой ткани и волосяного покрова человека (или просто гипоплазией хрящей и волос). Впервые его выявили в одной общине амишей, где каждый десятый оказался носителем мутации, вызывающей данную болезнь. Это невероятно высокая доля носителей. Она почти наверняка свидетельствует о том, что общину некогда основало небольшое число семей. У детей, страдающих этой болезнью, наблюдаются отклонения в формировании скелета, что приводит к форме карликовости, которая характеризуется укороченными конечностями. У них тонкие и редкие волосы. Кроме того, обычно у них встречается целый набор других дефектов (зачастую различный у разных пациентов).

Мутации, вызывающие это заболевание, происходят в гене, который отвечает за создание длинной некодирующей РНК. Но этот РНК-ген, сам по себе длинный, включает в себя и два гена малых РНК, мусор внутри мусора, и многие мутации влияют как раз на эти два меньших гена. В результате мутационных изменений разрушается структура малых РНК, так что они неправильно обрабатываются режущим ферментом (на рис. 18.1 он изображен в виде ножниц). А следовательно, они не экспрессируются на нормальном уровне. Эти две малые РНК осуществляют регуляцию в общей сложности более чем 900 генов, кодирующих белки. В числе таких регулируемых генов — те, о которых известно, что они влияют на развитие скелета и рост волос, однако они задействованы и в ряде других систем организма. Вероятно, именно поэтому те мутации, которые воздействуют на уровень экспрессии и функционирование этих малых РНК, также могут приводить к нарушениям в самых разных системах органов больных детей9.

С учетом того, какую важную роль играют малые РНК в тонкой настройке генетической экспрессии, неудивительно, что эти мусорные молекулы, как выясняется, оказывают весьма существенное влияние на процессы развития организма. На этой стадии жизни даже, казалось бы, незначительные флуктуации генетической экспрессии могут отзываться серьезными последствиями. Помните пружину-«слинки», которая от малейшего толчка принимается шагать вниз по лестнице?

 

Малые РНК и стволовые клетки

Отличная демонстрация важности малых РНК — процесс перепрограммирования клеток человеческих тканей, в ходе которого эти клетки становятся плюрипотентными стволовыми клетками, обладающими возможностью создавать практически любую ткань. С этой технологией мы познакомились в главе 12, где она схематически показана на рис. 12.1. Хотя первоначальная работа, с такой необычайной быстротой награжденная Нобелевской премией, действительно принадлежит к числу выдающихся, у предложенного подхода имеется ряд ограничений. Да, главные белки-регуляторы могут загнать «слинки» процессов развития обратно, вверх по лестничному пролету, но они делают это довольно-таки неэффективно. Удавалось «обратить» лишь незначительную долю клеток, и сам процесс занимал долгие недели. Через 5 лет после этих революционных открытий другие ученые усовершенствовали данную методику. Они обрабатывали зрелые клетки теми же главными регуляторами, которые использовались в первоначальных экспериментах, но добавили и кое-что новое. Они добивались сверхэкспрессии кластера малых РНК, который, как удалось показать ранее, имеет высокий уровень экспрессии в нормальных эмбриональных стволовых клетках. Ученые обнаружили, что при такой искусственно вызванной совместной сверхэкспрессии этих малых РНК и исходных главных регуляторов зрелые клетки снова становятся плюрипотентными стволовыми клетками, как мы и могли бы предполагать. Но доля клеток, трансформировавшихся в стволовые, оказалась более чем в 100 раз выше, чем при использовании одних только главных регуляторов. Кроме того, весь процесс шел теперь гораздо стремительнее. И наоборот, если исследователи задействовали главные регуляторы, но подавляли экспрессию эндогенного кластера малых РНК в зрелых клетках, эффективность перепрограммирования таких клеток резко падала. Так удалось показать, что данный кластер малых РНК действительно играет ключевую роль в способствовании регулированию сигнальных сетей, которые определяют, какой станет клетка10,11.

Зрелые ткани тоже содержат стволовые клетки, которые, в свою очередь, способны создавать клетки именно тех тканей, где они находятся, а не трансформироваться в произвольные типы клеток. Они играют важную роль при росте организма, когда мы постепенно превращаемся из ребенка во взрослого, а кроме того, нужны для ремонта изношенных частей. В некоторых тканях сохраняется весьма активная популяция стволовых клеток даже в сравнительно поздние годы жизни. Классический пример — костный мозг: он постоянно создает клетки, необходимые нам для борьбы с инфекциями и для патрулирования организма в поисках клеток, которые могут стать раковыми. Одна из причин, по которым очень пожилые люди особенно подвержены инфекциям и онкологическим заболеваниям, как раз и состоит в том, что запас стволовых клеток в их костном мозге в конце концов истощается, и в иммунных баррикадах их организма возникают бреши.

Есть данные, показывающие, что в тканях организма человека стволовые клетки и зрелые клетки обладают разной картиной экспрессии малых РНК. Но информацию об экспрессии всегда трудно интерпретировать из-за досадной проблемы с причинно-следственной связью. Различие в характере экспрессии малых РНК порождает различия в активности и функционировании клетки? Или же эти различия в экспрессии — просто побочный результат клеточных изменений? Оказывается, на протяжении эволюции практически в неизменности сохраняются предсказанные нами процессы образования пар между нуклеотидными последовательностями некоторых малых РНК и нуклеотидными последовательностями нетранслируемых областей по меньшей мере половины всех молекул информационных РНК. Этот факт заставляет предположить, что какая-то причинно-следственная связь здесь все-таки есть12. Чтобы взяться за решение этой проблемы, ученые частенько обращались к нашим близким родичам — мышкам.

Специалисты разработали способы выключения генов лишь в зрелых тканях, но и эти методики послужили весьма мощным исследовательским инструментом. Мышиный организм при этом развивается обычным порядком, поэтому нам не приходится беспокоиться о том, что причиной симптомов являются биологические пути и сети, в которых в ходе развития что-то пошло не так. Данный подход использовался и для выяснения того, что же происходит, если фермент, требуемый для производства малых РНК (на рис. 18.1, напомним, его изображают ножницы), в зрелых клетках инактивирован. Такая инактивация помешает производству всех малых РНК, а значит, покажет, где они играют важную роль. Однако таким путем мы не сумеем узнать, какие именно малые РНК задействованы.

Выключив режущий фермент во всех тканях взрослых мышей, ученые обнаружили дефекты в костном мозге, а кроме того, в селезенке и тимусе. Все эти три вида тканей производят клетки, необходимые для борьбы с инфекцией. Ожидалось, что в этих тканях обнаружится значительная популяция стволовых клеток. Полученные результаты подтверждали, что системы малых РНК играют заметную роль в управлении стволовыми клетками. Все подопытные мыши скоро передохли, но их гибель произошла из-за массированного разрушения кишечного тракта. Впрочем, это также подтверждало роль малых РНК в работе стволовых клеток. Наш кишечник постоянно теряет клетки, которые отшелушиваются от его внутренней поверхности в ходе непрестанной деятельности пищеварительной системы. Эти клетки должны ежедневно заменяться новыми. Поэтому вполне можно ожидать, что там будет иметься весьма активная популяция стволовых клеток13. Однако ученые так и не смогли толком понять, каким образом утрата режущего фермента приводит к столь значительному повреждению кишечника. Возможно, это связано с какими-то аномалиями в обработке мышиным организмом жиров пищи.

Да, эффекты оказались весьма серьезными, но это не значит, что малые РНК играют важную роль лишь в перечисленных нами тканях. Сравнительно быстрая гибель подопытных мышей могла замаскировать более тонкие симптомы, возникавшие в других тканях. Чтобы изучить этот вопрос, можно воспользоваться более избирательной методикой подавления экспрессии в зрелых тканях. С ее помощью удается инактивировать ген, отвечающий за выработку режущего фермента (назовем его для простоты режущим геном), лишь в выбранных экспериментаторами тканях взрослой мыши.

Многие результаты, полученные таким способом, вполне отвечали гипотезе о мощном влиянии малых РНК на популяции стволовых клеток. Так, когда режущий ген инактивировали в клетках волосяного фолликула взрослой мыши, мех у нее после выдергивания не отрастал как полагается14.

Есть искушение предположить на основании этих данных, что сети малых РНК требуются для того, чтобы стволовые клетки нормально выполняли свою работу по возмещению утраченных специализированных клеток. Но это чересчур упрощенный вывод. Все мы обычно стараемся растянуть полученное жалованье до ближайшего дня зарплаты. Вот и наш организм должен устроить так, чтобы стволовые клетки не расходовались чересчур поспешно. Они драгоценны. И если они исчезают, то исчезают навсегда. Вот почему некоторые сети малых РНК как раз и препятствуют стволовым клеткам необратимо превращаться в зрелые клетки тканей. Здесь надо поддерживать равновесие (см. рис. 18.2).

Рис. 18.2. При делении стволовая клетка может породить либо другую стволовую (которая также продолжит делиться, образуя новые стволовые клетки), либо дифференцированную клетку (которая уже не даст новых стволовых клеток).

Скелетные мышцы содержат стволовые клетки, которые надлежит почти все время держать в состоянии покоя, чтобы не истратить их слишком рано. Подобное истощение запаса стволовых клеток служит одной из причин некоторых форм потери мышечной массы: мы уже встречались с ними, обсуждая такие заболевания, как мышечная дистрофия Дюшенна. В стволовых клетках мышц имеются белки, которые при нормальных условиях мешают им превратиться в зрелые мышечные клетки. Однако если у здорового человека происходит серьезная травма или при дистрофическом заболевании теряются мышечные клетки, экспрессия таких белков понижается. Как организм этого достигает? Благодаря включению определенных малых РНК (или, по крайней мере, отчасти благодаря этому процессу). Малые РНК связываются с информационными РНК, несущими в себе код для указанных белков, и в результате вырабатывается меньше белка. А значит, со стволовых клеток снимаются тормоза, и эти клетки превращаются в зрелые мышцы15,16.

В сердце наблюдается похожий эффект. Сердечная мышца взрослого человека все-таки содержит некоторые стволовые клетки, хотя их число не очень велико и их трудно превратить в зрелую сердечную ткань. Это одна из причин, по которым инфаркт наносит такой большой ущерб организму. При инфаркте ткань сердечной мышцы отмирает, и нашему организму очень трудно создать ткань в замену отмершей, поэтому на сердце появляются рубцы, и этот важнейший орган больше не работает как полагается. Вот почему люди, перенесшие инфаркт чаще всего так никогда и не обретают здоровье в полной мере.

Может показаться, что это отличная идея — научиться активировать стволовые клетки сердечной мышцы, заставить их производить новую мышечную ткань. Но опыты на мышах вынуждают предположить, что ситуация здесь не столь проста и однозначна. Казалось бы, это малые РНК, присутствующие в сердце, мешают стволовым клеткам превращаться в ткань сердечной мышцы, и если режущий фермент, производящий малые РНК, во взрослом сердце отключить, оно начнет расти. К сожалению, это не так уж безопасно, поскольку такой процесс иногда приводит к заболеванию, именуемому гипертрофией сердца. Нет, при этом не развивается замечательно сильная сердечная мышца, отличающая знаменитых спортсменов. Напротив, при этом аномально утолщается сердечная стенка, как у людей с повышенным кровяным давлением. Похоже, это происходит из-за того, что отключение режущего фермента заставляет стволовые клетки перестать вести себя как зрелые клетки и запускает картину генетической экспрессии, больше напоминающую ту, что наблюдается в организме при его развитии17.

Может показаться странным, что реактивирование стволовых клеток сердца не помогает организму. Но тут, возможно, имеет место некий компромисс. С эволюционной точки зрения главная забота животных — прожить достаточно долго, чтобы успеть размножиться и передать свой генетический материал потомству. Естественный контроль развития сердца как раз и направлен на гарантирование того, что наше сердце будет в течение нужного времени находиться в хорошем состоянии, дабы мы могли дотянуть до этого ключевого момента. А если в старости мы не сможем естественным путем чинить собственное сердце, так эволюции на это, в общем, плевать. Это уж проблема человека, коль скоро мы почему-то предпочитаем жить дольше того срока, который эволюция считает для нас строго необходимым.

 

Малые РНК и мозг

Хотя мы обычно считаем, что у взрослого человека мозг уже полностью сформировался, недавно полученные данные показывают: даже в этом органе имеются кое-какие стволовые клетки. У животных, полагающихся на хорошо развитое обоняние, эти стволовые клетки могут активироваться, чтобы формировать нейроны, способные откликаться на новые запахи. Это позволяет животному более избирательно реагировать на улавливаемые ароматы. Один из белков стволовых клеток вынуждает их дифференцироваться, превращаясь в определенный тип нейрона восприятия и отклика. Экспрессию этого белка обычно держит под контролем одна из малых РНК. Когда исследователи подавили экспрессию этой малой РНК у мышей, белок стал экспрессироваться активнее, и стволовые клетки мозга начали специализироваться, превращаясь в обонятельные нейроны18. По-видимому, экспрессия этой малой РНК в естественных условиях подавляется, едва мышь почует что-нибудь новое. Впрочем, сигнальные пути, которые вызывают такое подавление, пока не выявлены.

Малые РНК участвуют в повседневной деятельности клеток, производя тонкую подстройку реакций организма под условия постоянно меняющейся среды. Похоже, не так-то просто будет разобраться в механизме этой подстройки, ибо каждая отдельная малая РНК оказывает на систему сравнительно небольшое воздействие. Самое важное свойство таких молекул — именно общее воздействие многочисленных малых РНК, работающих сообща в рамках чрезвычайно обширных, однако не очень заметных сетей. Уже сейчас удается получать достаточное количество интригующих данных, чтобы мы могли с уверенностью сказать: да, этот класс миниатюрных мусорных элементов оказывает реальное воздействие на организм.

Похоже, мозг особенно чувствителен к пертурбациям в ландшафте малых РНК. Влияние таких изменений может оказаться весьма различным в зависимости от затронутой области мозга и от конкретного времени. Вероятно, это отражает важную роль общения между всеми разнообразными малыми РНК, всеми информационными РНК и белками, чья экспрессия находится под жестким контролем мозга.

Поразительный пример такой роли обнаружили, инактивируя режущий фермент в переднем мозге взрослой мыши19. Экспрессия малых РНК при этом подавляется. Поначалу кажется, что для зверьков это даже хорошо. Примерно в течение 3 месяцев грызуны даже смышленее, чем обычно. Они лучше выполняют тестовые задания, основанные и на опасении наказания, «кнута», и на ожидании вознаграждения, «пряника». Навыки, связанные с памятью, у них значительно усовершенствуются. Но если кому-нибудь вдруг захочется попробовать проделать это в домашних условиях (в наши дни многие очень серьезно готовятся к экзаменам), имейте в виду: тут не все так безоблачно. Интеллектуальное созвездие поумневших мышей сияло ярко, но недолго. На четвертый месяц после того, как мышкам инактивировали режущий фермент, мозг маленьких пушистых умников начал деградировать.

Подобного рода отсроченную реакцию обнаружили и в другом случае, когда также удалось показать, что малые РНК играют важную роль в мозгу. (Возможно, это означает, что малые РНК мозговых клеток довольно стабильны и отмирают не сразу.) Инактивировали режущий фермент в клетках мозга двухнедельной мыши — в зоне мозга, участвующей в процессах контроля движения. Как и ожидалось, это привело к сильному падению экспрессии малых РНК. Поначалу, казалось, мыши пребывали в отличном состоянии. Но через 11 недель у них появились двигательные расстройства. Анализ мозга подопытных грызунов показал, что у них отмерли нейроны, утратившие способность вырабатывать малые РНК20.

Малые РНК могут играть роль в самых неожиданных ситуациях. Одна из мишеней алкоголя в нашем мозгу — белок, который регулирует характер прохождения сигналов через клеточные мембраны. Информационная РНК для этого белка может встречаться в виде множества разных вариаций, в зависимости от того, каким образом при сплайсинге объединяются вместе участки, кодирующие аминокислоты. Алкоголь вызывает экспрессию определенной малой РНК, которая способна связываться с нетранслируемой областью на конце некоторых из этих вариантных информационных РНК. Это приводит к избирательному разрушению информационных РНК, кодирующих определенные вариации белков. Такое изменение в составе популяции белков приводит к искажению картины отклика нейронов на алкоголь. Оно существенно влияет на устойчивость организма к воздействию алкоголя, а эта устойчивость во многом определяет степень алкогольной зависимости21. Соответствующий механизм схематически показан на рис. 18.3. Есть предположения, что малые РНК играют роль и в реакции организма на другие вещества, вызывающие привыкание: например, на кокаин22.

 

Малые РНК и рак

Как полагают ученые, неверная экспрессия малых РНК служит одной из причин целого ряда заболеваний, очень серьезно влияющих на здоровье множества людей во всем мире. В числе таких заболеваний — сердечно-сосудистые23 и онкологические24. Что касается последних, то это неудивительно: рак свидетельствует об аномалиях в развитии клеток и в их судьбе, а малые РНК играют важнейшую роль в соответствующих процессах. Вот один из весьма показательных примеров огромного влияния, которое малые РНК оказывают на организм при онкологических заболеваниях. Речь идет о злокачественной опухоли, для которой характерна неверная экспрессия тех генов, которые действуют в период первоначального развития организма, а не в постнатальный период. Это разновидность детской опухоли мозга, обычно появляющаяся еще до двухлетнего возраста. Увы, это очень агрессивная форма рака, и прогноз здесь неблагоприятен даже при интенсивном лечении. Онкологический процесс развивается вследствие неправильного перераспределения генетического материала в клетках мозга. Промотор, который обычно вызывает сильную экспрессию одного из генов, кодирующих белки, претерпевает рекомбинацию с определенным кластером малых РНК. Затем весь этот перестроенный участок проходит амплификацию: иными словами, создается множество его копий в геноме. А следовательно, малые РНК, расположенные «ниже по течению», чем перемещенный промотор, экспрессируются гораздо сильнее, чем следует. Уровень содержания активных малых РНК при этом примерно в 150-1000 раз выше нормы.

Рис. 18.3. Малые РНК, активированные алкоголем, могут соединяться с информационными РНК, не влияющими на устойчивость организма к воздействию алкоголя. Но эти малые РНК не соединяются с молекулами информационной РНК, способствующими такой устойчивости. Это приводит к относительному преобладанию доли молекул информационной РНК, кодирующих вариации белка, связанные с устойчивостью к алкоголю.

Данный кластер кодирует более 40 различных малых РНК. Собственно, это вообще самый крупный из подобных кластеров, имеющихся у приматов. Обычно он экспрессируется лишь на ранней стадии человеческого развития, в первые 8 недель жизни эмбриона. Сильная активация его в мозгу младенца приводит к катастрофическому воздействию на генетическую экспрессию. Одно из последствий — экспрессия эпигенетического белка, добавляющего модификации к ДНК. Это приводит к широкомасштабным изменениям во всей картине метилирования ДНК, а значит, и к аномальной экспрессии всевозможных генов, многие из которых должны экспрессироваться, лишь когда незрелые клетки мозга делятся в ходе ранних этапов развития организма. Так в клетках младенца и запускается раковая программа25.

Подобное общение между малыми РНК и эпигенетической аппаратурой клетки может оказывать существенное влияние и на другие ситуации, когда в клетках развивается предрасположенность к раку. Данный механизм, вероятно, приводит к тому, что воздействие нарушения экспрессии малых РНК усиливается путем изменения эпигенетических модификаций, которые передаются дочерним клеткам от материнской. Так может складываться схема потенциально опасных изменений в характере экспрессии генов.

Пока ученые разобрались не во всех этапах взаимодействия малых РНК с эпигенетическими процессами, но кое-какие намеки на особенности происходящего все-таки удается получить. К примеру, выяснилось, что определенный класс малых РНК, усиливающий агрессивность рака груди, таргетирует в информационных РНК определенные ферменты, удаляющие ключевые эпигенетические модификации. Это изменяет картину эпигенетических модификаций в раковой клетке и еще больше нарушает генетическую экспрессию26.

Многие формы рака отслеживать у пациента довольно трудно. Онкологические процессы могут идти в труднодоступных местах, что осложняет процедуру отбора проб. В таких случаях врачу нелегко следить за развитием ракового процесса и реакцией на лечение. Часто медики вынуждены полагаться на косвенные измерения — скажем, на томографическое сканирование опухоли. Некоторые исследователи полагают, что молекулы малых РНК могли бы помочь создать новую методику наблюдения за развитием опухоли, позволяющую также изучать ее происхождение. Когда раковые клетки погибают, при разрыве клетки ее покидают малые РНК. Эти небольшие мусорные молекулы часто образуют комплексы с клеточными белками или же завертываются во фрагменты клеточных мембран. Благодаря этому они очень стабильны в жидких средах организма, а значит, такие РНК можно выделить и проанализировать. Поскольку их количества невелики, исследователи вынуждены будут использовать весьма чувствительные методы анализа. Впрочем, тут нет ничего невозможного: чувствительность секвенирования нуклеиновых кислот постоянно повышается27. Опубликованы данные, подтверждающие перспективность такого подхода применительно к раку груди28, раку яичников29 и ряду других онкологических заболеваний. Анализ малых циркулирующих РНК у больных раком легких показал, что эти РНК помогают провести различие между пациентами с одиночным легочным узелком (не требующие терапии) и пациентами, у которых образуются злокачественные узелки-опухоли (требующие лечения)30.

 

Мертвые лошади и умолкшие гены

Итак, малые РНК проявляют себя в самых неожиданных ситуациях. Существует ужасное заболевание, возбудитель которого — вирус восточного североамериканского лошадиного энцефалита. Болезнь передается через укусы комаров. Вирус заражает лошадь, после чего животное умирает. С людьми ситуация ненамного лучше: человеческая смертность от этого заболевания составляет 30-70%. Больные умирают из-за того, что вирус проникает в центральную нервную систему и вызывает острое воспаление мозговых оболочек31. Геном вируса, вызывающего инфекцию, состоит не из ДНК, а из РНК.

Когда вирус при укусе комара попадает в кровеносную систему человека, за него берутся белые кровяные тельца, лейкоциты. Это первый рубеж обороны организма, призванный отслеживать возможных захватчиков. Но затем происходит нечто странное. Малая РНК, которую обычно вырабатывают лейкоциты, соединяется с концом РНК-генома вируса и мешает ему кодировать белок.

Может показаться, что это хорошо. На самом деле все обстоит иначе. Обычно наши лейкоциты умеют определять, попал ли к нам нежданный гость, вирус. В результате клетки запускают целую серию реакций: температура тела повышается, вырабатываются разнообразные антивирусные вещества. Все это позволяет отвадить крошечных агрессоров.

Но когда малая РНК белых кровяных телец соединяется с геномом вируса лошадиного энцефалита, вирус затихает. А следовательно, иммунная система не замечает, что в организм вторгся враг. Поэтому все аналогичные вирусные частицы могут преспокойно циркулировать в организме. Если некоторые из них доберутся до центральной нервной системы, они могут спровоцировать летальную реакцию в тканях мозга32.

Исследователи описали процесс так: вирус перехватывает управление малой РНК. Судя по всему, данный процесс — не единственный пример такого перехвата. Вирус гепатита С также имеет РНК-геном. Когда этот вирус заражает клетки печени, вирусная РНК связывается с малой РНК, естественным образом экспрессируемой этими клетками. В данном случае такое связывание стабилизирует вирусный геном, затрудняя его разрушение. А значит, вырабатывается больше вирусных белков, и инфекция становится более опасной и агрессивной33.

Теперь уже вполне очевидно, что малые РНК играют роль в человеческих патологиях самого широкого диапазона, от инфекций до рака, от проблем развития до нейродегенерации. Отсюда, разумеется, вытекает интересный вопрос: если мусорная ДНК может вызывать заболевания (или, по крайней мере, способствовать им), то ее, может быть, удастся использовать и для борьбы с распространенными недугами человека?