МИШЕНЬ — РНК,
ЦЕЛЬ — ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА
Тандем международных конференций по биологии и биохимии
нуклеиновых кислот, проведенных Институтом химической биологии и
фундаментальной медицины СО РАН 18-22 июня 2003 года, стал
наглядным подтверждением отрадного для нас факта — сибирские
ученые занимают самые передовые позиции в суперсовременном
направлении научных исследований.
Юрий Плотников,
«НВС»
 |
| Елена Черноловская, к.х.н., ст. научный сотрудник Института
химической и фундаментальной медицины. |
Биоорганическая химия по праву считается наукой, от которой в
ближайшие годы можно ожидать не только прорывных фундаментальных
результатов, но и вполне осязаемых приложений медицинского
характера с выходом на генную терапию. Поэтому ненавязчивое
любопытство широкой общественности вполне извинительно. Будучи
откомандирован в Дом ученых новосибирского Академгородка
представлять интересы заинтригованного населения, корреспондент
«НВС» незамедлительно встретил претыкание в виде сугубой скудости
собственных познаний и представлений — самостоятельно, без
обстоятельных разъяснений специалиста вникнуть в захватывающую,
но крайне сложную проблематику конференций оказалось практически
невозможно. В поисках выхода из этой малоприятной ситуации мы
обратились за помощью к старшему научному сотруднику ИХБиФМ
кандидату химических наук Елене Черноловской, которая любезно
согласилась стать нашим проводником в увлекательном мире
нуклеиновых кислот.
Инструмент для терапевта XXI века
Известно, что рибонуклеиновая кислота является основным
переносчиком генетической информации от ДНК к белку. Поэтому
многие заболевания связаны именно с неправильной передачей этой
информации. Вариантов таких нарушений много. Иногда «правильный»
белок начинает вырабатываться в клетке в слишком большом,
совершенно ненужном количестве, и тогда его избыток приводит к
нарушению функционирования клетки. Другой причиной разрегуляции
клеточных процессов способен стать мутировавший белок. Наконец,
временами в клетке появляются белки, которых там вообще не должно
быть. Это может происходить при вирусных инфекциях или раковых
заболеваниях: сначала образуется излишнее количество определенных
факторов роста, на строгом научном языке именуемых
транскрипционными факторами, затем происходит раковое
перерождение клеток и их неограниченное размножение.
Следовательно, очень важно иметь некий терапевтический
инструмент, который бы позволил корректировать выработку белков в
клетке. Таким инструментом как раз является инактивация или
разрушение отдельных РНК. Различные методы воздействия на
рибонуклеиновую кислоту обсуждались на конференции «РНК — мишень
для искусственных рибонуклеаз, конформационных ингибиторов и
интерферирующих РНК».
Скальпель для РНК
Одной из основных тем стала проблема создания химических
соединений, способных расщеплять РНК. В природе этим занимается
фермент рибонуклеаза, довольно крупный по размерам. Однако было
доказано, что эту функцию могут выполнять и искусственные
рибонуклеазы — относительно маленькие органические молекулы,
специально синтезированные для этой цели. Их колоссальное
преимущество заключается в избирательности действия — такую
рибонуклеазу можно снабдить специальным адресом для доставки
именно к той РНК, что вызвала заболевание. В качестве адреса с
успехом используют олигонуклеотиды — небольшие, всего в
несколько десятков мономеров-нуклеотидов фрагменты ДНК.
Олигонуклеотид работает по принципу молекулярного узнавания,
т.е. из огромного множества нуклеиновых кислот может выбрать
подходящую, иначе говоря — комплементарную, и образовать с ней
комплекс. Уже само его присоединение к нуклеиновой кислоте может
остановить ее вредительскую деятельность. Такие технологии (их
называют антисмысловыми) впервые в мире начали разрабатываться в
Новосибирске под руководством академика Д. Кнорре. Соединение
антисмысловых олигонуклеотидов с искусственными рибонуклеазами
обоюдно усиливает их эффективность.
 |
| В зале заседаний — полно молодежи.
|
Изученные к настоящему времени возможности искусственных
рибонуклеаз открывают широкие перспективы в производстве вакцин.
Для получения последних необходимо использовать инактивированный
вирус, не способный более к заражению. При этом желательно, чтобы
вирусные белки сохранились в интактном, т.е. максимально полном
виде. Однако, многие методы, применяемые сегодня, все-таки
частично повреждают белки, снижая тем самым их иммуногенные
свойства. А искусственная рибонуклеаза может разрушать
рибонуклеиновую кислоту в РНК-содержащих вирусах, оставляя белки
в целости и сохранности. Обработанный таким образом вирус будет
наиболее пригодным для разработки вакцин. В области
конструирования искусственных рибонуклеаз Институт химической
биологии и фундаментальной медицины СО РАН признан одним из
мировых лидеров.
Выключатель для мембранного насоса
Другая важнейшая проблема — направленная регуляция содержания
определенных белков в клетке. Наиболее яркий пример — ген
множественной лекарственной устойчивости. Кодируемый этим геном
белок обладает крайне опасной особенностью — может выкачивать из
клетки довольно широкий круг химических веществ. В норме,
в большинстве тканей организма этот ген отсутствует (за
исключением, пожалуй, стволовых клеток костного мозга, где он
вырабатывается в весьма умеренных количествах). Иное дело — опухоли.
Когда больной злокачественными заболеваниями
подвергается химиотерапии, само лечение зачастую приводит к
активации этого гена, даже если при первичной диагностике он
никак себя не проявлял: с гена считывается РНК, с РНК
синтезируется белок, белок встраивается к клеточную
мембрану — и начинает работать насос, откачивающий из клетки лекарства.
С этого момента прежними дозами химиотерапевтических препаратов
убить раковую клетку уже не удается — приходится все время
повышать концентрацию, что нельзя делать до бесконечности,
поскольку данные препараты сами по себе очень токсичны. Любым
способом нужно остановить действие этого насоса: снизить на время
лечения экспрессию гена множественной лекарственной устойчивости
или вообще предотвратить его активацию.
Стратегия победы
В настоящий момент используется целый ряд стратегий направленного
воздействия на рибонуклеиновые кислоты. Самая новейшая — малые
интерферирующие РНК. На конференции им была посвящена отдельная
сессия.
 |
 |
| Академики В. Власов и Д.Кнорре с участниками конференции из
Москвы, Франции, США.
|
Явление РНК-интерференции открыто совсем недавно. Было
обнаружено, что попадание в клетку двуцепочечной РНК, совпадающей
по последовательности с нормальной клеточной одноцепочечной,
вызывает расщепление последней. Какое-то время этот подход не
удавалось реализовать на высших организмах — у млекопитающих
внедрение в клетку длинной двуцепочечной РНК вызывало
интерфероновый ответ. Это природный механизм, естественная
защитная реакция организма, т.к. длинная двуцепочечная РНК для
клетки нетипична и возникает в основном при заражении вирусом.
А потом выяснилось, что если использовать не всю длинную РНК, а ее
короткие обрезки с выступающими концами, то интерферонового
ответа не происходит, но механизм деградации клеточной РНК все же
запускается. Это открытие было использовано для разработки
различных методов, направленных на инактивацию РНК определенных
генов. В лаборатории, возглавляемой академиком В. Власовым, такие
исследования ведутся на двух опухолевых генах: множественной
лекарственной устойчивости и c-myс. Активно работают и западные
коллеги. В докладе проф. Мальви из Франции было проведено
сравнение терапевтических перспектив малых интерферирующих РНК и
значительно лучше изученных антисмысловых олигонуклеотидов.
Профессор Джонстон из США рассказал о действии интерферирующих
РНК на TNF-альфа — фактор некроза опухолей. С одной стороны,
названный фактор может быть использован в позитивном плане, с
другой — способен осложнить течение заболевания. Нужно научиться
этим процессом управлять.
На пути к диагностике будущего
Конференция «Биология и биохимия внеклеточных нуклеиновых кислот»
была посвящена новой области, которая начала развиваться
буквально несколько лет назад. Достаточно неожиданно
обнаружилось, что во внеклеточных жидкостях организма находится
весьма заметное количество нуклеиновых кислот. До сих пор не
понятно, как они туда попадают. Самым простым было бы
предположить, что нуклеиновые кислоты оказываются во внеклеточном
пространстве при гибели клеток. Однако, имеются факты,
противоречащие этому предположению. Может быть, есть какой-то
механизм направленной секреции? Так или иначе, источник
возникновения остается неизвестным. Поэтому в настоящий момент
основное внимание уделяется составу этих нуклеиновых кислот и их
корреляции с различными заболеваниями или фазами физиологического
состояния человека. В частности, на конференции были представлены
данные о том, как меняется содержание внеклеточных нуклеиновых
кислот в материнском молоке в зависимости от стадии лактации, как
колеблется их состав и содержание в крови больных. Конечно,
сейчас эти факты достаточно разрознены. Пока не получается
определить конкретный недуг, обнаружив у человека повышенный
уровень нуклеиновых кислот в крови. Но это сигнал, который
указывает, что не все в порядке, что нужно предпринять
дополнительное обследование. Уже установлено, что повышение
уровня нуклеиновых кислот в плазме крови наблюдается при целом
ряде онкологических заболеваний. При этом болезнь зачастую
находится на такой стадии развития, что еще не распознается
обычными методами. В связи с этим исследование внеклеточных
нуклеиновых кислот, развитие методов их количественной и
качественной оценки крайне важно для сознания диагностикумов,
применимых не только в исследовательских лабораториях, но и в
клинической практике.
Фото Владимира Новикова, «НВС».
стр. 7
|
