Генетическая информация у всех организмов записана в нуклеиновых кислотах в виде последовательности четырёх генетических букв – молекул нуклеотидов. В наших клетках главный носитель генетической информации – ДНК, дезоксирибонуклеиновая кислота.
Но чтобы информация заработала, её нужно скопировать в РНК, рибонуклеиновую кислоту. С РНК могут работать молекулярные машины, которые синтезируют белки. Есть ещё ряд разновидностей РНК, которые работают сами по себе: входят в состав сложных молекулярных комплексов, помогают синтезировать белки, контролируют активность генов. Но и в случае с белками, и в случае с регуляторными РНК генетическая информация копируется из ДНК в РНК.
Какое-то время считалось, что информация движется только в одном направлении – из ДНК в РНК, и потом, если нужно, из РНК в белок. Это правило назвали основной догмой молекулярной биологии, и казалось, что исключений из него нет. Но потом оказалось, что на свете есть ретровирусы, у которых есть специальные белки, переносящие информацию с РНК на ДНК. Вообще ретровирусы принадлежат к огромной группе РНК-вирусов, у которых геном существует не в виде ДНК, а виде РНК. Собственно, коронавирусы – как раз одни из РНК-вирусов. Но у большинства таких вирусов на РНК просто синтезируются белки, сама РНК копируется в новые РНК, и никакого переноса информации в обратную сторону нет. А вот ретровирусы умеют это делать с помощью обратных транскриптаз. Если транскрипцией называют синтез РНК на ДНК-шаблоне, то обратной транскрипцией называют синтез ДНК на РНК-шаблоне. К ретровирусам относится, например, ВИЧ. Делая ДНК-копии своего генома, он способен встраиваться в клеточные хромосомы.
Из-за ретровирусов основную догму молекулярной пришлось подправить: информация между ДНК и РНК теперь двигалась в двух направлениях. Но кроме ретровирусов, казалось, на такой трюк больше никто не способен. Однако сотрудники Университета Томаса Джефферсона показали, что у человека и вообще у млекопитающих есть фермент, который может синтезировать ДНК на последовательности РНК. Сам фермент, собственно, и так был известен – это одна из четырнадцати ДНК-полимераз, которые синтезируют ДНК на ДНК. Они нужны для копирования генома перед клеточным делением и для исправления мутаций в ДНК. Исследователи обратили внимание на то, что одна из полимераз, тета-полимераза, в чём-то похожа на обратную транскриптазу ВИЧ. Оказалось, что тета-полимераза может синтезировать ДНК не только на другой ДНК, но и на РНК. Причём когда она копирует РНК в ДНК, она делает меньше ошибок, чем когда копирует ДНК в ДНК. То есть обратный перенос генетической информации, из РНК в ДНК, вполне возможен и у млекопитающих, благодаря их собственным ферментам. Результаты исследований опубликованы в Science Advances.
На самом деле у нас (и у других животных) есть ещё один фермент с похожей активностью – это небезызвестная теломераза. Её обычно вспоминают в связи с теломерами, концевыми участками хромосом, которые укорачиваются с каждым клеточным делением – потому что вышеупомянутые полимеразы, которые удваивают геном, не могут дочитать хромосомную ДНК до самого конца, часть последовательности хвоста-теломеры остаётся нескопированной. Длина теломер – один из признаков старения: когда теломеры становятся очень короткими, клетка уже не может делиться и погибает. Фермент теломераза же способен удлинять теломеры, правда, делает он это не во всех клетках, а только в стволовых (и в некоторых злокачественных). Чтобы удлинить теломерную ДНК, теломераза использует кусок РНК – то есть работает, как обратная транскриптаза. Только тот кусок РНК, с которым работает теломераза – особенный, и теломераза носит эту РНК везде с собой. Иными словами, теломераза не совсем похожа на настоящую обратную транскриптазу, потому что настоящая транскриптаза будет работать с любым РНК-шаблоном.
Исследователи, которые обнаружили «новую старую» обратную транскриптазу – тета-полимеразу – в клетках животных, полагают, что она может играть какую-то в роль в появлении раковых клеток. С другой стороны, в конце прошлого года мы писали, что новый коронавирус может встраиваться в хромосомы. Чтобы встроиться в ДНК клетки, коронавирусу нужно скопировать свою РНК в ДНК, но своего фермента для этого у него нет. В тех экспериментах коронавирусу помогали обратные транскриптазы древних ретровирусов, которые когда-то встроились в наш геном, да так в нём и заснули – их специально будили, чтобы проверить, смогут ли они «врезать» коронавирусные гены в клеточную ДНК. Однако с учётом новых данных можно предположить, что обычный клеточный фермент может сделать то же самое. Правда, чтобы подтвердить, действительно ли тета-полимераза встраивает вирусы в нашу ДНК, всё-таки нужны дополнительные эксперименты.
Автор: Кирилл Стасевич