Первая страница
Наша команда
Контакты
О нас

    Главная страница


Возвращаясь к вопросу о рнк/Белковой симметрии Дейчман А. М




страница1/5
Дата15.04.2017
Размер0.57 Mb.
  1   2   3   4   5
Возвращаясь к вопросу о РНК/Белковой симметрии
Дейчман А.М. (deichman@mtu-net.ru; amdeich@rambler.ru)
ГУ Российский Онкологический Научный Центр им. Н.Н. Блохина, Российской Академии Медицинских Наук (ГУ РОНЦ РАМН), Москва, Россия

Введение

Впервые экспериментально М.Нашимото показал возможность некоторых шагов процесса так называемой “reverse translation = rT” (Nashimoto 2001; знакомство со статьей данного автора и книгой автора статьи желательно). Автор статьи, сочетая методы state-of-the-art RNA-technology и RNA-selection in vitro, и с помощью T7 РНК-полимеразы синтезировал специальную 83-нуклеотидную РНК (rtRNAArg). Такая rtRNAArg («reverse translation RNA») одновременно содержала характерную вторичную «RNA-hammerhead» структуру с Arg-связывающим доменом и AGG-кодон (Arg) у 3’-конца. Hammerhead структура содержит stem/loop с 3'-концевым тРНК-подобным окончанием. Петля обычно включает 4 нуклеотида (tetraloops, аналог β-поворота у белков), а Arg-связывающий домен (UCCUCACG), интересно, содержал ССU- и ACG-тринуклеотиды, комплементарные кодонам Arg. Заметим, что среди широко распространенных низкомолекулярных РНК клетки, не исключено, могут встречаться rtRNA-подобные.

Hammerhead-рибозим, как считают, возник в эпоху РНК-Мира (около 3,2 – 3,9 млрд. лет назад), и, возможно, является предком многих структурных и функциональных компонент современных РНК: рРНК, тРНК, др. Для свободного 5’-концевого однонитевого участка rtRNAArg на ДНК/РНК синтезаторе синтезировалась комплементарная 8-нуклеотидная (GAGUUCCC) последовательность, т.н. пре-мРНК. С помощью T4 РНК-лигазы пре-мРНК своим 5’-концом ковалентно связывалась с 3’-AGG-кодоном аргинина. Предварительно, и для контроля, обе синтезированные РНК были очищены гель-фильтрацией.

Вновь образованный 91-нуклеотидный дуплексный комплекс (rtRNAArg/пре-мРНК) при определенных условиях (50ºС, 10 mM MgCl2) подвергался ауторибозимному надрезу по С80 (рибозим имел только эту активность). Далее из РНК-дуплекса освобождалась уже 11-нуклеотидная т.н. пре-мРНК последовательность. Таким образом, тринуклеотид AGG перемещался в направлении 3’→5’ из rtRNAArg в пре-мРНК. Такая 3’→5’ направленность характерна, по крайней мере, для рибонуклеотидного синтеза при U-вставочно-делеционном редактировании РНК в кинетопластах трипаносом, считывания РНК-компонент теломераз и ревертаз, и спаривания нуклеотидов антикодона тРНК с нуклеотидами кодона мРНК. Но 3’→5’ направленный синтез на отстающей прерывисто реплицируемой ДНК-нити – другой вариант: каждый отдельный фрагмент ДНК здесь синтезируется в обычном 5’→3’ направлении и соединяется с соседним.

Поскольку вышеназванными методами возможно создание любых rtRNAs, то аналогичный эксперимент можно повторить для каждой аминокислоты. И автор предположил следующее:

1) в эволюции существовал эволюционно короткий период поддержания РНК/белковой симметрии. Это касалось примитивных рибосом, когда РНК и примитивные белки были неразрывно связаны. Превращения РНК↔Белок (примитивный) были двунаправлены, а накопление РНК-генетической информации с участием rT-механизма шло облегченно.

2) При развитии сначала белоксинтезирующего и, позднее, репликативного аппаратов, а также из-за неэффективности работы и даже опасности генетической перегрузки, потребность в rT-механизме отпала.


    Далее М.Нашимото называет те трудности, которые необходимо преодолеть в гипотетическом и экспериментальном обоснованиях существования rT-механизма в ранне-эволюционный период. В гипотетическом случае это:

    i) Концевая аминокислота примитивного белка должна вести себя подобно свободной, т.е. предпочтительно связываться со своей rtRNA. (Заметим, что ранне-эволюционный олигофункциональный органический/неорганический фиксатор мог быть заменен позднее полифункциональной биомембраной).

    ii) Для избегания беспорядочности rT-процесса, из РНП-комплекса [(N-примитивный белок-С)–(3’-AСС-пре-мРНК)], во-первых, должна вырезаться именно концевая аминокислота. Во-вторых, частично деградированный белок и частично элонгированная pre-mRNA должны удерживаться комплексом (и здесь возможно предположить действие в дальнейшем полифункциональной машины).

    iii) Каждая пре-мРНК и каждая rtRNA должны иметь, соответственно, общие якорные (ССА) и комплементарные якорным (GGU) последовательности.

    Очевидно, автор ориентирован исключительно на универсальный генетический код (УГК), хотя неизвестно, предшествовал ли современному УГК другой универсальный или несколько/множество кодов-предшественников или систем с элементами кодирования (см. ниже).


Трудности, которые необходимо преодолеть при экспериментальном обосновании, автор связывает с необходимостью поддержания:

j) Ковалентного связывания примитивного белка с пре-мРНК (автор приводит в качестве примера возможный сохранившийся реликт такого процесса: РНК-полиовирус ковалентно связан с VPg-белком);

jj) Точного вырезания именно и только С-концевой аминокислоты (хотя здесь также возможно действие мультифункционального нуклеопротеидного комплекса);

jjj) Постоянной регенерации отщепляемого 3’-кодона c участием единственной ауторибозимной надрезающей активности (здесь также возможно участие сложноорганизованной системы).

Автор связывает возможность разрешения всех указанных сложностей с разработкой различных RNA-engineering методов. Однако, даже если такие решения в каждом случае по отдельности и будут найдены, в целом, при таком сценарии, возможно участие некой невыявленной пока специальной внутриклеточной мультифункциональной нуклеопротеидной машины. По аналогии с другими (рибосомой, сплайсосомой, праймосомой, эдитосомой) можно назвать ее «ретранслосомой» (см. ниже).

Понятно, что, изначально не допуская существования элементов такой природной машины в предполагаемый период РНК/белковой симметрии (и, тем более, в настоящее время), M.Nashimoto приходит к следующим выводам. Он считает, что:

1) За эволюционно значимый срок двунаправленная (РНК↔Белок) РНК/белковая симметрия постепенно вырождается (регрессирует reverse-function – исчезает rT-механизм) в однонаправленное (РНК→Белок) продвижение биологически значимой информации.

2) Образуются примитивные, а затем и полноценные клеточные рибосомы, а позже – и репликативный аппарат.

3) Необходимо искать реликты (как, например, структурно подобны тРНК и G-factor элонгации) этого древнего механизма.

Мы, однако, в дальнейшем, будем искать не только реликты, но и сам rT- или подобный механизм и некоторые современные проявления его активности.

Среди гипотез из серии “яйцо/курица” (необходимых для выявления первичности синтеза нуклеинового и белкового биополимеров) автор разбирает следующие: RNA-first (RNA-W), RNP-first, Protein-first, но DNA-latter. Действительно, по сравнению с рибонуклеотидами, дезоксинуклеотиды гораздо труднее воспроизводятся в условиях пребиотического синтеза (Dyson, 1985); они более устойчивы и предпочтительны для хранения генетической информации. А биосинтез их (а также ДНК-фрагментов отстающей нити и дезоксисахаров) вторичен по отношению к рибонуклеотидам. Кроме того, синтез РНК, если судить по скорости (50 нуклеотидов в секунду, против 500-1000 для ДНК) и по уровню ошибок репликации (10-3–10-4 при РНК-, и 10-9 при ДНК-копировании), – более «примитивен» (Gilbert and Souza, 1999).

М.Нашимото предпочтение отдает гипотезе РНК/белковой симметрии – т.е. раннему становлению генетического кода в условиях РНК/белкового паритета (RNP-first период). Среди названных теорий самой разработанной считается RNA-first-теория (см. написанную 70 авторами книгу “RNA World”, 1999, под редакцией R.F. Gesteland, T.R. Cech, J.F. Atkins, и с предисловием F. Crick и J.D. Watson). Согласно этой теории и de facto молекулы РНК обладают одновременно и информационными и многими ферментативными свойствами. Последние, все-таки, менее выражены, чем у белков: противоречивость структурного компромисса возникает из-за различных требований к химическому катализу (приоритет динамических структур) и информационной емкости (приоритет консервативных стуктур) в одной и той же молекуле (Benner et.al., 1999).


Рибозимы и теория РНК-Мира
Малые простые рибозимы (например аутонадрезающие-/лигирующие hammerhead, шпильки, HDV, VS-ретроплазмиды митохондрий гриба Neurospora, др.) не такие активные ферменты, как белки. Последние более гибки и богаты лигандами (боковых аминокислотных групп) и дегидратированными Ме-ионн-связывающими сайтами. Гидрофобные белковые центры более устойчивы, чем полярные центры РНК (со слабо-гидрофобным ядром), открытые для внутримолекулярных взаимодействий даже в непрерывно диэлектрической среде. Функциональная активность последних связана с богатым включением нескольких нерегулярных (стебель/ /петля, шпилька, выпуклость, однонитевые РНК, разветвление, др.) структур. Эти структуры отклоняются от классической А-формы спирали. Некоторые из них (stem/loop, др.) эволюционно ориентированы на взаимодействие с белками в составе РНП. Минимальный размер таких рибозимов – 16-34 нуклеотидов.

При восстановлении вторичной структуры малых рибозимов, как и третичной структуры белков (за счет гидрофобных взаимодействий), ренатурация происходит за несколько микросекунд. Однако малым рибозимам для поддержания нужной конформации присутствие белков не требуется, а белкам внутри РНП присутствие РНК – требуется. В то же время глобальные рибозимы сильно гидратированны даже по упрятанным сайтам. Они более линейны, чем белковые глобулы, и восстанавливают суперспиральную 3D-структуру на несколько порядков медленнее (за миллисекунды, секунды, и даже минуты), – и с бóльшими вариациями конформаций. Локализация моно-ионов металлов и каталитические сайты рибозимов могут быть различными или частично перекрывающимися. Среди ионов, Mg2 основной, реже встречаются Mn2 , Ca2 , а также ди- и поли-ионные сайты (McKay and Wedekind, 1999; Feig and Uhlenbeck, 1999; Cech and Golden, 1999; Moore 1999).

При фолдинге доминируют гидрофобные взаимодействия у белков, и Н-связи, в основном в тройках стэкирующих плоских оснований, у РНК. Многие особенности взаимодействий фолдирующих структурных единиц происходят с участием воды (структурно организованной) и определяются соотношением ван-дер-ваальсовых (обычно отталкивания) и электростатических сил Лондона (обычно притяжения), имеющих радиусы действия, соответственно, r–12 и r-6. Конформационное богатство РНК формируется 29 парами нуклеотидов, из которых только 2 являются каноническими (уотсон-криковскими). Именно они, особенно при формировании двойной спирали, преобладают в конформационно более жестком ДНК-фолдинге (Burkard 1999); однако, в той или иной степени, возможно участие и других пар.

В целом природные рибозимы (например, интроны I группы) наиболее активны в отношении последовательностей нуклеиновых кислот, и, меньше, белков, а белки – в отношении низкомолекулярных субстратов и самих себя. Лимитирующие активность звенья в обоих случаях – устойчивость переходного состояния и скорость диссоциации продукта реакции. Однако оба вида зимов используют подобные наборы каталитических стратегий и проявляют и другие активности, но специфичность катализа у белков все-же выше (Cech and Golden, 1999).

Теория РНК-М достаточно противоречива (F. Crick: “существует пропасть между первичным бульоном и РНК-системами”), – и множество различных путей становления РНК-Мира можно обнаружить у разных авторов. Теория лишь частично отвечает на вопрос о происхождении высокосложных белоксинтезирующего и репликативного аппаратов (а следовательно и жизни). Не ясно происхождение абиогенных и пребиотических оптически активных предшественников УГК (их так много, что существует понятие «кошмар пребиотической жизни»). Среди них, предполагают, могли быть формирующие нуклеотидные и даже не-нуклеотидные генетические системы (Joyce and Orgel, 1999). Также неясно происхождение цис-/транс-мРНК кодирования (сплайсинга), функциональных длинных кодирующих молекул РНК из пребиотических коротких рибозимов, раннего нематричного синтеза биополимеров (McKay and Wedekind, 1999), современных тРНК, Аа-тРНК-синтетаз (Noller 1999), др. Интересно, что субстратом синтетаз могут быть не только тРНК, но и малые шпильки (Altman and Kirsebom, 1999).

Кроме того, не ясны период возникновения РНК-М на Земле (особенно первые 500 млн. лет) и очередность появления одно- и диполимерных биологических систем в ранний эволюционный период. В целом, очевидно, наивно думать (Joyce and Orgel, 1999), что в ближайшие десятилетия будет решена «вечно молодая» проблема происхождения жизни. Более того, есть мнение, что РНК-М может быть неподверждаем (Cech and Golden, 1999), а РНК может быть не первой однополимерной каталитической системой (Benner et. al., 1999). Поэтому целесообразно исследовать и такой подход, который предполагает реально существующий, а не только исчезнувший (как у M. Nashimoto) механизм. Также учтем, что проверяемость любого реально существующего механизма, обычно, много более предпочтительна, чем исчезнувшего.


Не ясно, возможен ли поиск корней генетического кода вне РНК-Мира
Пока точно не известно когда именно и из какого предшественника, РНК или ДНК, возник LUCA (не менее 500 млн. лет назад) – последний универсальный общий предшественник генетического кода (Forterre 2001). Не найдено, и, вероятно, современными методами принципиально невозможно обнаружить нуклеиновые последовательности (т.е. прямые доказательства), возраст которых можно было бы отнести к эпохе RNA-/RNP-/Protein-/DNA-Worlds (миллиарды лет назад). А древние окаменелости (различной природы фоссилии, в том числе возрастом свыше 3 млрд. лет), включая бактериальные, являются лишь морфологическими структурами (псевдоморфозами). Природа их, в некоторых случаях, может быть даже абиогенной (Герасименко и др., 1999).

M. Nashimoto справедливо отмечает (а мы частично дополняем), что:



  1. универсальному генетическому коду на основе доминирующих в настоящее время нуклеиновых кислот могло предшествовать абиотическое появление нескольких (10) видов различных биохимических блоков-метаболитов (Dyson 1985). Или же несколько (до 10; 7 из них находятся в соответствии с теорией коэволюции универсального кода и биосинтетических путей аминокислот) эволюционных каскадов (Di Giulio 1999a). Теория отражает этап, при котором уже важны физико-химические свойства взаимодействующих аминокислот и соответствующих им кодонов. Хотя кодоны, как в случае Глу/Глн и Асп/Асн, могут переуступаться от пре-аминокислот к конечным аминокислотам – без изменения пути биосинтеза;

  2. примитивная протоклетка содержала относительно небольшие по размерам молекулы РНК и белков;

  3. каждая из гипотез достаточно противоречива. (3a) Protein-first теория допускает саморепликацию не отдельной молекулы, как в случае РНК-репликазы эпохи РНК-М, а протеиноидных комплексов. Вероятно, они воспроизводились на основе термальной полимеризации [виды активности: фосфатолиз, эстеролиз, декарбоксилирование (окислительное/фотохимическое), дезаминирование, др.] еще до клеточного деления. Заметим, что к настоящему времени реально показаны некоторые активности, важные для саморепликации не индивидуальных пептидов, а наборов их (Lee et al., 1996; Issac et al., 2001; Rode 1999). Пептиды в 14 аминокислот могут в 106 раз усиливать активность десятикратно превосходящих по длине рибозимов (Benner et.al., 1999). (3b, 3c) А в RNA-/RNP-first теориях рибозимная ауторепликация возможна только для не ясно как появившихся достаточно длинных (не менее 300-600 рибонуклеотидов) молекул. Даже допускается существование РНК-подобных самореплицирующихся полимеров в эпоху предшествующую РНК-М (Bartel 1999).

  4. мало известно про появление трансляционной машины и генетического кода;

  5. реальный rT-механизм может сильно отличаться от предложенного. В связи с таким механизмом могут появиться новые широко используемые биотехнологические подходы (в протеомике, молекулярной биологии, геномике, фармакогеномике, геноинформатике, метаболомике, и многих др.).

Все может оказаться еще сложнее, если учесть усиливающиеся тенденции в развитии изучаемых in-vitro/in-vivo природных и искусственных систем ДНК-зимов, химерных ДНК-РНК-зимов и их субстратов. К настоящему времени появилось не мало экспериментальных работ, где показаны множество специфичных ДНК-ферментативных активностей. Среди них – ДНК- и РНК-лигазные, ДНК- и РНК-надрезающие, ДНК- и РНК-нуклеазные, ДНК-фосфорилирующие и аденилирующие, металлирующие (Н замещается на Ме2 ), и др. Активность некоторых ДНК-зимов сравнима с таковой для рибозимов и белков (Li and Breaker, 1999). Эти активности, во-первых, способны влиять на химизм некоторых внутриклеточных процессов и экспрессию отдельных генов. Во-вторых, определение этих активностей получает все более широкое применение в различных областях: от биотехнологии – до терапии (Breaker 2004; Li and Breaker, 1999).

Активность некоторых ДНК- и РНК-зимов может быть свет-индуцируемой (Liu and Sen, 2004; Butcher and Burke, 1994) и более выраженной в отношении коротких олигонуклеотидных РНК-фрагментов (Bartel 1999; Benner et.al., 1999). Так, содержащий интрон I группы SynY-рибозим (180 нуклеотидов) Tetrahymena предпочтительно узнает короткие (влючая триплетные) спиральные олигонуклеотиды (Bartel 1999), спаривается с ними и многократно воссоединяет их (уровень ошибки – не более 1%). Этот рибозим может собрать комплементарную нить из 18 фрагментов ( по 10 нуклеотидов каждый).

Все вышесказанное может привести к качественному переосмыслению роли не только ДНК и теории ДНК-Мира при анализе эволюционных процессов, но и остальных гипотез из серии «яйцо/курица». Каждая из них выстраивает свои механизмы, как правило, с участием стандартных нуклеотидов и аминокислот – т.е. ориентируется исключительно на современный УГК-код. При этом не учитывается, что кодов могло быть несколько, а выдвинутые в гипотезах построения хотя и не бесполезны, но для выводов о соотношении «яйцо/курица», скорее, преждевременны. Мы не знаем, и нет оснований считать, что скоро узнаем, с каких генетических систем (или систем с элементами кодирования) реально необходимо вести отсчет. Заметим только, что мы бы не стали искать причин, косвенно или прямо свидетельствующих о возможном существовании нескольких кодов, если бы не сформулировали гипотетического механизма, одной из функций которого может быть межгеномная и/или межкодовая ретрансляция (Дейчман 1993, 1994a, 1994b; Дейчман и Смирнов, 2003; Дейчман и др., 2005; см. ниже).

Вышеназванные гипотезы, включая привлекательную РНК-М, противоречивы. Вероятно, поэтому появляются гипотезы, где, в частности, моделируются процессы одновременной ДНК-репликации/трансляции (Альтштейн и Ефимов, 1988), и РНК-репликации/трансляции (Nelsestuen 1978). Здесь предполагают изначальное (до образования универсального кода) взаимодействие аминокислот и нуклеиновых кислот (сополимеризацию). Основное, но не единственное, противоречие гипотезы ДНК-репликации/трансляции (Альтштейн 1987) состоит в следующем. Запуску ДНК-самореплицирующейся системы, сформированной одним/несколькими аминоацилтринуклеотидными прогенами, должно предшествовать появление гипотетического фермента – прогенлигазы. Это белок в 60-80 аминокислот, диаметром 15-20Å, который для копирования кодирующей его нуклеотидной последовательности должен быть способным контролировать не менее 8 (!) высокоспециализированных функций (подобные аналоги не известны). Скорее всего, и в этом случае требуется мультифункциональный (клеточный/ /протоклеточный) комплекс.

Эти авторы также работают в рамках универсального кода, но отмечают черты кода, свидетельствующие о возможном появлении сначала более простых, чем современный УГК, кодов. Это:

1) выраженная дуплетность кода (физико-химическое взаимодействие аминокислот с первыми двумя нуклеотидами ДНК-кодонов или РНК-антикодонов). При этом выстраиваются два кода: пре-энзиматический (пре-биотический, включает около половины стандартных и несколько нестандартных аминокислот), и современный энзиматический.

2) определяющая роль центрального нуклеотида кодона (вероятный реликт существования пре-дуплетного кодирования?).

3) наличие менее жесткой третьей шатающейся позиции (в антикодоне тРНК первой).

По мнению C.R. Woese (1970), наивно полагать, что физико-химическое соответствие в аминокислота/кодон спаривании (CAP) даже на ранних этапах эволюции решалось исключительно в рамках принципа «все-или-ничего». Важную роль могли играть и дополнительные слабые взаимодействия. Особенно это проявляется при современном кодировании, когда между аминокислотой и кодоном мРНК существует мощная многокомпонентная (включая рРНК, тРНК, белковые факторы) рибосомная «прокладка».


Не известно, могло ли кодов быть несколько
Итак, все перечисленные гипотезы предполагают, что речь должна идти лишь об УГК-коде, хотя изучение эволюции кода может несколько изменить картину.

Что касается обсуждаемой M.Nashimoto теории внеземного (Panspermia) занесения жизни (некоторых нуклеотидов, аминокислот, др.) из космоса (Crick and Orgell, 1973), то она представляется эффективной только при наличии многих других локально необходимых условий эволюции. Заметим, что при любом типе клеточного деления облигатно наследуются не только нуклеиновые кислоты, но и другие внутриклеточные компоненты, органеллы, комплексные структуры. Кроме того, без обнаружения новых эволюционно эффективных специальных механизмов, все еще остается место для поддержания вульгарно-креационистских взглядов.

Тем не менее, если говорить о таком механизме как ”reverse translation” (название условное, из дальнейшего видно, что оно не точное), необходимо обсудить ряд проблем. Необходимо проанализировать возможную связь механизма с другими известными внутриклеточными механизмами экспрессии генома, с центральной догмой молекулярной биологии (ЦМБД), с современной научной парадигмой. Также необходимо рассмотреть, где и как такой механизм может протекать в клетке, почему существование его (или подобного) внутри клетки, скорее всего, неизбежно. Неизбежность существования подобного механизма согласуется с кибернетическим подходом, в рамках которого иерархичность управляющих и управляемых систем и подсистем различных уровней организации клеток и организмов должна дополняться соответствующими обратными связями (Федоров, 2003; Савинов, 2006). При этом необходимо понимание, что многие свойства кода (включая различные этапы экспрессии генома) также являются неотъемлемой частью современного способа кодирования. Такие свойства облигатно связаны с понятием «генетический код».

Тогда, в контексте вышесказанного, назовем некоторые основные причины и свойства кода, в связи с которыми генетический код мог эволюционировать, а кодов могло быть более одного. Такие коды (со всеми их свойствами), возможно, могли существовать одновременно, последовательно, могли взаимодействовать, конкурировать, а число нуклеотидов в кодоне, а также нуклеотидный и аминокислотный состав биополимеров могли варьировать. Эти причины и свойства таковы:

1) вырожденность кода (одна аминокислота – несколько кодонов, каждый из которых, исходно, мог принадлежать различно кодирующим системам);

2) превалирующая роль первых двух (вероятность дуплетного кодирования) или центрального (возможность до-дуплетного кодирования), и уменьшенная роль третьего нуклеотидов кодона (в тРНК-антикодоне – первого);

3) использование одних и тех же биосинтетических путей аминоацилирования для некоторых разных, хотя и родственных пар, например Глу/Глн, Асп/Асн, Secis/Ser аминокислот (возможное расширение генетического алфавита);

4) включение большого числа нестандартных модифицированных нуклеотидов (более 3-х десятков для РНК-, и не менее 6 различно метилированных форм их для ДНК-структур), использование нестандартных видов спаривания нуклеотидов (прежде всего для РНК), различная частота встречаемости кодонов в генах/геномах (возможные расширение генетического алфавита и продолжающееся конкурентно-регулирующее участие реликтовых форм метаболизма нуклеотидов);

5) существование в клетке множества (более 200 c учетом β-, γ-, δ-, и ε-вариантов) природных нестандартных некодируемых аминокислот (другие метаболиты здесь не рассматриваются). Некоторые из них, не исключено, внутри ранне-эволюционных пре-генетических структур могли обладать полимеризующими свойствами, отличными от современных (Дейчман и др., 2005). Кроме того, выявлены «новые» аминокислоты, способные мРНК-контекст-зависимо вытеснять стоп-кодон. Это УГА-кодируемый селеноцистеин (Secis; синтезируется на тРНК-связанном серине), УАГ-кодируемый пирролизин (Pyl), и селенометионин (Semet; возможно УАА-кодируемый). Однако возможная роль редактирования РНК (механизмы перекодировки) здесь недоизучена. Кроме того, нельзя не учесть, что редко встречаемые (реже 5-10%) аминокислоты обычно не принимаются белковыми химиками в расчет и отбрасываются как артефакт (Atkins et.al., 1999). Сказанное в п.п. 4 и 5 не исключает возможности потенциальной эволюционной динамики кодируемых компонент кода;

6) современное кодирование почему-то не обходится без поддержания некоторых, на первый взгляд избыточно ресурсозатратных (в отношении энергии, воспроизводства биополимерных компонент сложных комплексов, времени) молекулярных (и клеточных), по сути поисковых, процессов. Поиск связан с механизмами пластичности генома и клеточного метаболизма. Среди этих процессов, в частности: постоянное редактирование многих новосинтезированных клеточных и вирусных РНК-транскриптов; различные виды сплайсинга, посттрансляционной модификации; нетриплетные транслокации, сдвиг/перекрывание рамки считывания, и др. (К клеточным ресурсозатратным процессам, в частности, относятся положительная и отрицательная виды селекции лимфоцитов, когда для синтеза антиген-специфических участков рецепторов Т- и В-клеток воспроизводятся незапланированные геномом отдельные нуклеотиды);

7) наличие одно- и динуклеотидных коферментов (NAD, FAD, др.), а также специфических динуклеотидных предпочтений у некоторых ферментов сплайсинга (Burge et. al., 1999). То же самое верно и в отношении обычных и РНК-редактирующих цитидиндезаминаз (Дейчман 2001) при выборе узнающего и сайта-мишени (горячих точек) для РНК- и ДНК-модификаций. Кроме того, существует представление о существовании в прошлом триплетных кодов на основе сначала одной (A), а затем двух (A,G), трех (A,G,C) и четырех (A,G,C,U) букв (Шабалкин и др., 2003);

8) существование полуавтономных монофилетических (для одних таксономических групп), или немонофилетических (для других групп), как и их тРНК (Di Giulio 1999b), клеточных органелл. Последние содержат собственные репликативный и белоксинтезирующий аппараты и, вероятно, имеют эндосимбиотическое происхождение от α-протеобактерий и цианобактериального предка в случае митохондрий и хлоропластов, соответственно (Одинцова и Юрина, 2003). Перечень не полный.

В соответствии с «принципом непрерывности» Оргелла (Joyce and Orgell, 1999) в клетке явно или скрыто коэволюционируют взаимодействующие молекулы, их части и функции (Maizels and Weiner, 1999). По мнению M.Nashimoto “reverse translation” в прошлом поддерживала биологическую непрерывность. При этом сохранялся пул только тех РНК, которые соответствовали именно востребованным последовательностям аминокислот. Называть, однако, такие последовательности белками, даже примитивными, преждевременно: неизвестен состав, и то, к каким генетическим системам они относились.

Наш подход предполагает, однако, что, для поддержания такой непрерывности, РНК/белковая симметрия могла не исчезнуть, а быть взятой клеткой (доклеточными структурами) под контроль. Продолжая существовать, такая симметрия могла поддерживать большое количество параллельно развивающихся и взаимосвязанных исходных пре-генотипических и пре-фенотипических процессов. Эти процессы могли начаться в эпоху абиогенно востребованных олигоструктур обоих типов, усложняться, встраиваться в контекст появившихся более поздно и современных механизмов, и продолжаться до сих пор. Пути возникновения олигоструктур могли быть различными: в результате электрического разряда, пребиотической СО2-фиксации на поверхности пиритовых кристаллов, взаимодействия с глиной, и другие (Cech and Golden, 1999).



Другой вариант РНК/белковой симметрии
Можно предположить, что и до настоящего времени (Дейчман 1993;



    4

    3 5

    2 6



    1 7



    ССА-ножка


  1   2   3   4   5

  • ГУ Российский Онкологический Научный Центр им. Н.Н. Блохина, Российской Академии Медицинских Наук (ГУ РОНЦ РАМН), Москва, Россия Введение
  • Рибозимы и теория РНК-Мира
  • Не ясно, возможен ли поиск корней генетического кода вне РНК-Мира
  • Не известно, могло ли кодов быть несколько
  • Другой вариант РНК/белковой симметрии