Скандалы, интриги, расследования наших самых далеких дедов утрут нос хайповым турецким сериалам и даже дорамам.
Начнем с известного фундаментального отличия транскрипции ДНК рибосомой для синтеза белка у прокариот и эукариот. Оно заключается в том, что бактерии и археи умеют синтезировать белок прямо в процессе транскрипции (рибосома садится на цепочку РНК, пока та продолжает синтезироваться полимеразой на цепи ДНК), а у эукариот с этим большие проблемы. Для того, чтобы эукариотическая рибосома узнала цепь мРНК и присосалась к ней, на саму РНК необходимо предварительно присобачить "шапочку" из нескольких модифицированных нуклеотидов (cap -англ./ "кэп").
Зачем? Очевидно, что это существенно замедляет скорость реакции клетки на раздражители. Пока бактерии клепают белки на синтезирующейся РНК, эукариоты занимаются какой-то лишней работой. От включения гена до появления готового белка у нас, ядерных, уходит в лучшем случае 30-60 минут. А иногда доходит и до нескольких часов!
Окей. Из школы мы знаем, что белки синтезируются вне ядра, так что, пока мРНК летит на выход, у нее есть время позаниматься всякой фигней. Однако этот ответ вызывает только больше вопросов. Зачем тогда ядро, если оно настолько замедляет базовый жизненный процесс - производство белка? Можно без проблем привести множество примеров преимуществ эукариотической организации и они будут справедливыми. Но ведь ядро когда-то возникло. Устаканившаяся система выглядит красиво и устойчиво, но стоит убрать несколько ее элементов, и все рассыпается. Поскольку эволюция слепа, в каждый момент времени вся система должна работать относительно успешно. Нельзя просто потерпеть с кучей ненужных белков, чтобы в итоге до конца собрать конструктор и получить вдруг работающую разительно отличную "машину". Можем ли мы сейчас найти эволюционно выгодные переходы от безъядерных к ядерным клеткам?
И зачем я сделал такой акцент на механизме кэп в мРНК?
Не подумайте, что я сошел с ума.
Одна из довольно убедительных современных гипотез о происхождении клеточного ядра выдвинули !вирусологи! Филипп Джон Белл и Масахара Такемура. По их мнению, ядро эукариотической клетки произошло от крупного ДНК-вируса, заразившего древнюю архею (то, что мы произошли от архей, уже ни для кого не секрет).
Вирусы вполне умеют размножать свою ДНК (лизогения) в клетке-хозяине достаточно долго, не убивая его сразу (лизис). Также обычна ситуация, когда вирус остается в хозяине навсегда и не доставляет ему проблем. В данном случае он обнаглел и взял клетку хозяина под полный контроль.
Тут не избежать небольшого теоретического отступления. Ту саму шапочку на мРНК рибосома узнает с помощью не имеющего аналогов у прокариот белка elF4E. Современные вирусы умеют обманывать эту систему ключ-замок (на рибосоме elF4E - кэп на мРНК), например, при помощи конструкции из РНК, имитирующей форму белка elF4E, за счет чего они могут связаться с рибосомой без участия кэпа и elF4E и сразу начать свою трансляцию. Другие вирусы (крупные и не умеющие проникать в ядро) уже приносят с собой участки-шапочки и производят мРНК уже с кэпами.
Отступление окончено, вернемся к нашим баранам.
Просто напомню, что мы, животные, болеем вирусами, хехе. И так вроде понятно, что они умеют обманывать наши клеточные системы синтеза белка. Из теории мы можем заметить, что вирусы и эукариотические клетки тесно взаимодействуют с нашей рибосомальной машинерией и даже имеют свои аналогичные системы.
Чую, кто-то что-то у кого-то спёр. Ясно, что независимое возникновение белков, выполняющих почти идентичные функции, событие маловероятное. Естественнее предположить, что система кэп-контроля произошла однажды. Но у кого - у вирусов или эукариот?
Сначала считалось, что воры - вирусы.
Но филогенетический анализ белков кэпирования (те шапочки на мРНК), расставил все по местам и показал, что общий предок всех современных подобных белков принадлежал именно вирусам. Мы воры. Это мы позаимствовали систему кэп-elF4E у братьев наших меньших и стали теми, кем мы стали.
А, стоп. Мы же еще про ядро говорили. Один из паззлов, раскрывающих переход к "ядерности", заключается в том, что вирусам выгодно создавать такую усложненную систему синтеза белка (с кэпами) - им пофиг на проблемы хозяина. Создав систему ключ-замок, один элемент которой прикрепляется к рибосомам хозяина, вирус фактически приручает клетку и становится способным полностью контролировать синтез белков. И расплата в виде колоссального замедления синтеза белка - ерунда, ведь хозяина можно поменять.
На самом деле, это действительно мини-интрижка в нашей ранней истории эволюции. Множество других систем эукариот также было позаимствовано у вирусов. Оттуда же позаимствованы даже несколько полимераз (альфа, дельта и дзета). И подло пишу в конце заметки, что полной картины процесса перехода археи с вирусом в клетку с ядром вы здесь не получите. Уж слишком много есть других деталей (не менее интригующих). Но такой витиеватый путь присущих всем эукариотам шапочек на мРНК, без которых невозможен синтез белка, не может не вызвать шока. Надеюсь, вы шокированы.
Автор: Александр Силюк.