Несса Кэри - Мусорная ДНК. Путешествие в темную материю генома

Среди наиболее поразительных данных — информация, позволяющая предположить, что более 75% нашего генома хоть когда-нибудь, хоть в каких-нибудь клетках копируется в РНК 9. Любопытное предположение. Никто не мог ожидать, что три четверти мусорной ДНК наших клеток может реально использоваться для производства РНК. При сравнении информационных РНК, кодирующих белки, с длинными некодирующими РНК ученые выявили существенную разницу в картине экспрессии. В 15 изученных клеточных линиях информационные РНК, кодирующие белки, гораздо охотнее экспрессировались во всех клеточных линиях, чем длинные некодирующие РНК (см. рис. 14.3). Исследователи пришли к выводу: длинные некодирующие РНК играют определяющую роль в управлении судьбой клеток.

Взятые в совокупности, данные из статей, опубликованных в рамках проекта ENCODE, рисуют картину весьма активного человеческого генома с чрезвычайно сложными схемами взаимодействия и «общения». В сущности, мусорная ДНК набита информацией и инструкциями. Нелишне повторить здесь указания гипотетического режиссера из Введения: «Если вы ставите „Гамлета“ в Ванкувере и „Бурю“ в Перте, в такой-то строке „Макбета“ ударение должно падать на четвертый слог. Если только при этом любительская труппа не ставит „Ричарда III“ в Момбасе, в Кито не идет дождь» 10.

Рис. 14.3.Экспрессию генов, кодирующих белки, и генов, не кодирующих белки, проанализировали на примере пятнадцати различных типов клеток. Выяснилось, что гены, кодирующие белки, гораздо чаще экспрессируются во всех типах клеток, чем области, которые вырабатывают молекулы РНК. не кодирующие белки.

Всё это звучит очень вдохновляюще. Почему же тогда многие относятся к значимости этих данных с таким скептицизмом? Отчасти из-за того, что статьи, вышедшие в рамках проекта ENCODE, явили миру очень уж громкие заявления. Самым громким стало утверждение, что целых 80% генома обладают функциями. Проблема в том, что в основе некоторых таких утверждений лежали косвенные измерения самих функций. Особенно это касается исследований, где заключение о наличии функции выводили либо из присутствия эпигенетических модификаций, либо из других физических характеристик ДНК и ассоциированных с ней белков.

Скептики возражают: эти данные в лучшем случае указывают на то, что исследуемая область потенциально может обладать какой-то функцией. А это слишком туманный признак, и пользы от него ждать не приходится. Представьте себе огромный особняк, владельцы которого впали в нищету, поэтому им отключили электричество за неуплату. Допустим, в здании двести комнат, а в каждой из них — по пять выключателей. Потенциально каждый выключатель может зажечь лампочку, но вполне возможно, что некоторые выключатели вообще никогда не соединялись ни с какими проводами (аристократы не славятся электротехническими талантами), а некоторые лампочки давным-давно перегорели. Сам факт, что на стенах торчат выключатели, которыми можно щелкать туда-сюда, из положения ВКЛ в положение ВЫКЛ и обратно, еще не означает, что при помощи этих устройств действительно удастся изменить уровень освещенности в комнатах.

Возможно, такая же ситуация и у нас в геноме. В нем могут существовать области, несущие на себе эпигенетические модификации или обладающие определенными физическими свойствами. Однако этого недостаточно для того, чтобы показать функциональность этих областей. Не исключено, что эти характеристики возникли просто как побочный эффект чего-то, что происходило поблизости.

Взгляните на любой снимок, запечатлевший Джексона Поллока за созданием его очередного шедевра в жанре абстрактного экспрессионизма 11. Скорее всего, вы увидите, что пол в его студии при этом забрызган красками. Но это не значит, что брызги и пятна краски на полу — часть создаваемой картины. И это не значит, что художник сознательно наделил их каким-то смыслом. Они являются просто неизбежным и несущественным побочным продуктом главного события. Возможно, то же самое относится и к физическими изменениям нашей ДНК.

Многие скептически отнеслись к заявлениям участников проекта ENCODE еще и из-за чувствительности использовавшихся методов. В распоряжении ENCODE оказались значительно более чувствительные методы по сравнению с теми, которые применялись, когда наука только начала изучать геном. Это позволило исследователям обнаруживать чрезвычайно малые количества РНК. Критики опасаются, что применявшиеся методы слишком чувствительны и поэтому воспринимали даже фоновый геномный шум. Если вам достаточно много лет и вы еще застали аудиокассеты, вспомните, что происходило, когда вы сильно увеличивали громкость магнитофона. Обычно вы слышали при этом шипяще-свистящий шум на заднем плане. Но этот звук являлся не частью замысла музыкантов, а просто неизбежным побочным продуктом технических ограничений записывающей системы. Критики проекта ENCODE полагают: что-то подобное может происходить и в клетках. Иными словами, не исключена фоновая экспрессия каких-то случайных молекул РНК в активных участках генома. Происходит своего рода утечка РНК. Согласно данной модели клетка не занимается активным включением этих РНК: они просто случайным образом копируются в весьма небольших количествах. Это происходит из-за того, что поблизости идет массированное копирование. Прилив поднимает все лодки, а заодно и все щепки, деревянные обломки и выброшенные пластиковые бутылки, которые окажутся в это время в воде.

Проблема кажется довольно серьезной. Ведь в некоторых случаях исследователи обнаруживали в среднем меньше одной молекулы определенной РНК на одну клетку. Ну да, клетка не может обеспечивать уровень экспрессии какой-то молекулы РНК между нулем и единицей — между уровнем «ни одной копии» и уровнем «одна копия». Отдельная клетка либо вообще не производит никаких копий определенной РНК, либо делает одну ее копию или большее количество таких копий. Всё прочее — гипотетические ситуации типа «чуть-чуть беременна». Вы либо беременны, либо нет, промежуточной ситуации не бывает.

Впрочем, это еще не свидетельство того, что использовавшиеся методы оказались слишком чувствительными. Напротив: можно сделать вывод, что чувствительность наших методов пока недостаточна. Они еще не позволяют нам выделять отдельные клетки и анализировать все молекулы РНК в ней. Вместо этого приходится полагаться на выделение множества клеток, анализ всех имеющихся в них молекул РНК и последующий расчет, сколько молекул РНК в среднем находится в каждой клетке.