В течении тридцати лет, прошедших с тех пор, как Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик предложили свою знаменитую модель структуры ДНК, представление о работе генетического аппарата клетки все более и более усложнялось. Первоначальная простая догма, гласившая, что «на ДНК синтезируется РНК, а на РНК синтезируется белок», сейчас сменилась сложной схемой со многими промежуточными процессами, которые подчас имеют не меньшее значение, чем основные генетические события. И все же на протяжении всего этого периода «ревизионизма» в молекулярной генетике неприкосновенной оставалась идея о том, что ДНК и РНК — это линейные полимеры.
И вот теперь даже это допущение оказалось опровергнутым. В журнале «Proceedings of the National Academy of Sciences» опубликовано сообщение Дж. Уэллеса и Мэри Эдмондс (Питтсбургский университет) об открытии РНК с разветвленной цепью. Находка Уэллеса и Эдмондс оказалась, так сказать, побочным продуктом большой работы по исследованию процессинга РНК в живых клетках. Известно, что полимерная цепь РНК состоит из нуклеотидных оснований аденина, гуанина, цитозина и урацила. В состав каждого нуклеотида входит остаток сахара из пяти углеродных звеньев, которые принято обозначать цифрами от 1 до 5.
Мономеры РНК соединены друг с другом фосфатными группами, каждая из которых связывает 3'-углеродный атом сахарного остатка одного нуклеотида с 5'- углеродом сахарного остатка соседнего нуклеотида. В последовательности нуклеотидов в цепи нуклеиновой кислоты закодирована информация, необходимая для сборки молекул белка в процессе так называемой трансляции. Ей предшествует стадия транскрипции: в ядре клетки на ДНК-матрице осуществляется сборка молекул РНК, которые затем транспортируются в цитоплазму, где происходит трансляция.
Между транскрипцией и трансляцией есть еще несколько важных этапов. В клетках животных они состоят в процессинге: ново-синтезирозанная РНК (ее называют гетерогенной ядерной РНК) превращается в «зрелую» матричную РНК (мРНК), которая далее непосредственно участвует в трансляции. При процессинге с концами гетерогенной ядерной РНК связываются различные компоненты. К одному концу молекулы присоединяется последовательность из 150—200 адениновых нуклеотидов. К другому концу РНК посредством трех фосфатных групп присоединяется так называемый «кэп»— модифицированный гуаниновый нуклеотид.
Считается, что присоединение последовательности поли (А) и «кэп»-структуры подготавливает РНК к трансляции. Однако в чем конкретно заключается их роль, пока не очень понятно. Уэллес и Эдмондс исследовали строение «кэп»-структуры. Химическая структура «кэпа» такова, что он устойчив к рибонуклеазному расщеплению, поэтому при обработке гетерогенной ядерной РНК рибонуклеазой образуется набор нуклеотидов и интактный «кэп». И «кэп», и нуклеотиды заряжены отрицательно. Однако отрицательный заряд «кэпа» значительно больше, чем заряд отдельного нуклеотида.
Благодаря этому «кэп» можно выделить с помощью ионообменной хроматографии — метода, позволяющего разделять молекулы в соответствии с их электрическим зарядом. Уэллес и Эдмондс обработали рибонуклеазой гетерогенную ядерную РНК из раковых клеток HeLa и разделили продукты расщепления с помощью ионообменной хроматографии. Как и ожидалось, были получены мономеры, т. е. нуклеотиды, и «кэп». Кроме них в смеси оказался еще один продукт, имевший примерно такой же отрицательный заряд, как и «кэп».
Сначала Уэллес и Эдмондс решили, что имеют дело с новой, ранее не известной разновидностью «кэп»- структуры. Однако химический анализ выделенного продукта показал, что это вовсе не «кэп». С помощью ряда методов было установлено, что обнаруженный Уэллесом и Эдмондс фрагмент РНК имеет структуру, похожую на развилку дерева с двумя расходящимися ветвями. Нуклеотид в точке разветвления связан с двумя цепями РНК, как и в обычной линейной молекуле, через 3' - и 5' -углеродные атомы, а с аномальной третьей цепью РНК — через 2'-углеродный атом сахарного остатка.
Уэллес и Эдмондс отмечают, что до этого сообщений о разветвленных молекулах РНК в литературе не было. Так как разветвление найдено только в гетерогенной ядерной РНК, но не в «зрелой» мРНК, то не исключено, что оно играет какую-то роль в процессинге РНК. Авторы предположили, что разветвление цепи РНК нужно для одного из основных этапов процессинга. Действительно, известно, что вновь синтезированной гетерогенной ядерной РНК имеются два типа последовательностей. Последовательности одного типа соответствуют тем частям гена (экзонам), которые кодируют структуру белка. Последовательности второго типа соответствуют не кодирующим участкам гена (интронам).
