Я прилетела в Лондон, мы написали статью и представили в журнал для публикации. Ее не приняли, мы попытались еще раз, и ее опять вернули. Статью неоднократно отвергали, поскольку все научные журналы были твердо уверены – и я поначалу тоже, – что «ножницы» РНКазы Н играли важную роль, поэтому никто не считал нужным искать дополнительные доказательства. Это принималось как факт! И наконец нашу статью опубликовали в Journal of General Virology, который в те годы был не самым престижным журналом. Сейчас, когда эта статья считается важной и относится к наиболее часто цитируемым моим работам, хотя опубликована и не в самом известном журнале, есть о чем задуматься!
РНКаза Н очень распространена, что и объясняет отсутствие ее ингибиторов: они могли бы повлиять на слишком большое количество ферментов и обусловить развитие побочных действий. К этому семейству принадлежат даже интегразы. Они не только оказывают расщепляющее действие, как ножницы, но и заживляют разрезы. «Ножницы» действительно «разрезают» молекулярные связи. Все они содержат три консервативные неперекрывающиеся аминокислоты DDE, удерживающие магний, из 100 аминокислот, которые не консервативны, то есть возможна замена некоторых из них. Однажды я пробовала найти родственные белки, сравнивая последовательности, но не учла DDE и потерпела неудачу, и только кристаллическая структура подтвердила родство. Таким образом, можно сделать очень обобщенное заключение: последовательность генов не имеет значения, а фолдинг («сворачивание» белка) и структура – имеют, так же как в дизайне и изобразительном искусстве «функция определяет форму».
В Японии, перед тем как я была вынуждена уйти из Цюрихского университета, мне сделали прощальный подарок – залитую эпоксидной смолой модель кристаллической структуры РНКазы Н, основанной на последовательности, опубликованной в Nature. Эту модель сделал для меня Роберт Краух из Национального института здравоохранения (Бетесда, США), и красота подарка тронула меня. Сегодня такие изделия в виде двух соединенных сердец можно купить на рынке для близкого друга – и на таких сувенирах даже нет координат, опубликованных в Nature.
РНКаза Н и эмбрионы
Недавно в организме человека были обнаружены РНКазы Н, не связанные с ретровирусами. Эндрю Джексон и его коллега из Эдинбурга (Шотландия) проанализировали генетические заболевания у человека, в частности синдром Айкарди–Гутьереса (AGS), связанный с умственной отсталостью. К их немалому удивлению, виновником этого заболевания оказалась РНКаза Н. Ранее этот фермент не обнаруживали в организме человека. Белок состоит из трех субъединиц – РНКазы Н2А, В и С, и лишь одна из них активна. Кроме того, в митохондриях находится РНКаза Н1. Возникло подозрение, что она имеет бактериальное происхождение, поскольку бактерии являются предшественниками наших митохондрий. Клеточная РНКаза Н удаляет отдельные нуклеотиды РНК в наших ДНК-геномах, если некоторые из них случайно туда включаются. Наш геном содержит сотни таких ошибок включения, что, похоже, случается достаточно часто. «Ножницы» РНКазы Н очищают наш геном от этих неподходящих нуклеотидов, предотвращая генетическую нестабильность. Неудачные попытки такого очищения приводят к развитию заболеваний, в частности AGS. В настоящее время специалисты по генетической нестабильности вносят некоторую новизну в несколько старомодные встречи ученых по проблемам РНКазы, которые проводятся раз в два года.
Почему же одного типа РНКазы Н достаточно для ВИЧ, когда организму человека необходимо три? Существует следующий принцип: чем более высокоорганизован организм, тем он сложнее. Клеточной РНКазе Н в организме млекопитающих приходится выполнять дополнительные функции, которые распределяются на несколько белков. И невыполнение одной функции имеет фатальный исход, «эмбриональную смерть».
Часто приходится наблюдать, что мультибелковые комплексы у млекопитающих играют определенную роль в эмбриогенезе. У ВИЧ нет эмбрионов, и поэтому достаточно простой РНКазы Н. Однако РНКаза Н, называемая PIWI, играет чрезвычайно важную роль в сайленсинге (особенно в стволовых клетках), направленном на предотвращение «перепрыгивания» генов (так называемые двигающиеся ретротранспозоны). Таким образом, PIWI (вместе с некоторыми РНК) защищают наш геном и необходимы для обеспечения фертильности семенной жидкости.
РНКаза Н диверсифицирует свои функции путем комбинирования различных строительных блоков в модулирующем режиме. Слияние РНКазы с большим количеством различных доменов обусловливает появление новых функций. Все ферменты сами по себе обладают способностью к расщеплению, но где, когда и как эта способность проявляется, зависит от партнера по слиянию. Известно примерно 10 таких партнеров. И обратная транскриптаза – лишь один из них. Она тянет за собой РНКазу Н (которая выполняет функцию нуклеазы, расщепляющего фермента) вдоль РНК, и, когда обратная транскриптаза останавливается или «спотыкается», РНКаза, используя возникшую паузу, делает разрез (ее каталитическая активность медленнее, чем у обратной транскриптазы). Вызывает удивление существование большого количества РНКаз Н, выполняющих неожиданные функции. Я изучала вирусную РНКазу Н несколько десятилетий и, возможно, отношусь к этому вопросу очень предвзято. Многие другие функции были выявлены позднее благодаря новым технологиям секвенирования. Меня весьма удивило, что РНКаза встречается чаще всего и является самой древней структурой в мире белков, а по распространенности превосходит даже ОТ. Об этом свидетельствуют результаты недавно проведенного филогенетического анализа, основанного на последовательностях генов, определенных Густаво Каэтано-Аноллесом из Иллинойского университета (Урбана). Везде, где есть нуклеиновые кислоты, нужны и «ножницы», чтобы вырезать или «выключить» нуклеиновые кислоты. РНКазы имеют целый ряд обозначений, в частности Drosha, Argonaut, Cas9 и PIWI. РНКаза Н и обратная транскриптаза – одни из наиболее важных компонентов для развития и формирования целостности геномов – это относится и к нашему геному, и к геномам других видов. Я говорю это не только потому, что РНКаза Н и обратная транскриптаза – основная тема моих исследований. Это действительно правда!
Теломераза и вечная жизнь
Можно ли жить вечно? Древнейшая мечта человечества – жить вечно. Возможно ли это? Да, возможно. Существуют клетки, способные жить вечно, этот факт меня очень удивил. К сожалению, это опухолевые клетки. Все клетки нашего организма живут недолго и даже меньше, чем организм в целом. В течение жизни все клетки постоянно восполняются стволовыми клетками. Но это не касается раковых клеток. Практически во всех лабораториях есть клеточная линия HeLa, которой уже более 60 лет. Клетки HeLa – рабочие лошадки для многих исследователей. Источник их происхождения – карцинома шейки матки женщины, которую мы обычно называем Хелен Ланге, хотя на самом деле ее звали Генриетта Лакс: афроамериканка, мать пятерых детей, умершая в возрасте 31 года от карциномы шейки матки. В 1951 г. эти клетки поместили в культуру и вырастили – до этого процедура не удавалась. Вероятно, эта опухоль была агрессивно растущей. В настоящее время наследники Генриетты предъявляют претензии и заявляют, что ничего не знали о ее клетках. Этой теме посвящаются телепередачи, а в 2010 г. появилась новая книга – «Бессмертная жизнь Генриетты Лакс»
[10]. Геном клеток секвенировали, и родственников Генриетты беспокоит, что может появиться информация о генетических особенностях, может быть, даже дефектах, носителями которых они могут являться. С тех пор результаты, касающиеся данной клеточной линии, сообщаются финансирующим организациям. Однако мне представляется маловероятным, что клетки после примерно 6000 пассажей в нестандартизированных условиях остались прежними. Будет много хромосомных изменений. Мне кажется удивительным, что опухолевые клетки могут жить «вечно». Почему бы им не существовать чуть дольше, чем обычным клеткам пациентов, но почему вечно? (В лабораторных условиях, конечно, но все же!) Как опухолевые клетки могут жить вечно? Можно ли, основываясь на результатах исследования этих клеток, получить представление о долговечности без развития рака? В интервью меня часто спрашивают, какие еще клетки живут вечно. Наши зародышевые клетки переходят из одного поколения в следующее – значит ли это, что они бессмертны? А стволовые клетки – как долго они могут существовать? Им нужна соответствующая ниша, поэтому возраст и возможности долгожительства зависят еще и от внешних условий. Мелкие животные типа жуков жили «тихонечко» долго и сохраняли жизнеспособность в течение 40 лет в условиях глубокой заморозки при –20 °С.
