Ймовірність аутоімунних хвороб залежить від однієї генетичної літери в гені імунного рецептора.
Одні й ті самі гени у різних людей можуть відрізнятися. Щоб зрозуміти, що про що тут мова, потрібно згадати, що ген - це шматок ДНК, а ДНК - це двуцепочкова полімерна молекула, складена з безлічі будівельних блоків під назвою нуклеотиди.
Кожен нуклеотид - це азотиста основа, поєднана з молекулою цукру і залишком фосфорної кислоти. Цукор і фосфорна кислота нас зараз не цікавлять, а ось азотисті підстави - дуже навіть так, адже саме вони і є ті самі «букви» генетичного коду, числом чотири: аденін (А), тімін (Т), цитозин (Ц), гуанін (Г). Чергування цих «букв» дозволяє закодувати інформацію про будь-які білкові молекули, про якісь службові регуляторні молекули РНК; певні послідовності А, Т, Г і С дозволяють управляти активністю генів тощо.
Нуклеотиди можуть взаємодіяти один з одним, але при тому віддають перевагу строго певних партнерів: так, аденін дуже добре взаємодіє з тіміном, а гуанін - з цитозином. І якщо ми подивимося на подвійну спіраль ДНК, то побачимо, що обидва її ланцюжки пов'язані один з одним саме міжнуклеотидними зв'язками, так що навпроти А в одному ланцюжку стоїть Т, а навпроти Г - Ц; тобто нуклеотиди і ланцюги ДНК з'єднані за принципом комплементарності (не плутати з компліментарністю)
.Можно було б очікувати, що ген якогось білка у всіх людей буде з однаковою послідовністю нуклеотидів, і якщо в однієї людини, скажімо, стопятидесятий нуклеотид цього гена буде А, то і у всіх інших людей там теж буде А. Однак все насправді не так - гени відрізняються по одному або кільком нуклеотидам, і, наприклад, у 70% людей стопятидесятий нуклеотид якого-небудь гена буде А, а у 30% тут буде стояти Г (з урахуванням комплементарності ланцюгів ДНК, навпроти Г в іншому ланцюгу тієї ж самої молекули ДНК буде стояти Ц)
Такі варіації щодо нуклеотидів називаються однонуклеотидним поліморфізмом (SNP - single nucleotide polymorphism), і вони є не тільки в тих ділянках ДНК, які кодую білки, але взагалі скрізь: в регуляторних послідовностях, в міжгенних ділянках, які ніби ні для чого не потрібні і т. д. З'являються нуклеотидні заміни з різних причин, які ми зараз обговорювати не будемо - нам важливо те, що вони є, і зберігаються в людській популяції досить довго. Чи вони впливають на роботу генів? Буває, що ні - нуклеотид-то змінився, але, наприклад, на функції білка це ніяк не відбилося. Але буває і навпаки, коли заміна генетичної літери відчутно позначається на житті клітини і всього організму
. Зараз у нас на руках є величезна кількість генетичної інформації про людей по всьому світу: методи сиквенсу (читання) ДНК постійно вдосконалюються, стають дешевшими і простішими, тож молекулярно-генетичний аналіз стає мало не рутинною клінічною процедурою. Порівнюючи геноми в пошуках однонуклеотидних варіантів, можна зрозуміти, які з них корелюють з частотою тієї чи іншої хвороби
. Дослідники з Інституту молекулярної біології ім. В. А. Енгельгардта, Інституту загальної генетики ім. Н. І. Вавілова і МФТІ займалися «буквеними» замінами, які зустрічаються в одному з імунних генів, який кодує рецептор інтерлейкіна-2 (IL2R). За назвою зрозуміло, що завдання рецептора - взаємодіяти з сигнальним імунним білком інтерлейкином-2. Обидва вони, рецептор і сам інтерлейкін, регулюють активність імунних клітин, і якщо сигнал від рецептора буде занадто інтенсивний - наприклад, через те, що клітина насинтезує собі занадто багато рецепторних молекул - то зростає ризик аутоімунних розладів: переактивовані імунні клітини починають атакувати «своїх».
Логічно було б припустити, що деякі нуклеотидні варіації в гені рецептора IL2R можуть бути пов'язані з аутоімунними захворюваннями. Необхідно підкреслити, що мова йде не тільки про нуклеотидні заміни в тому шматку ДНК, в якому безпосередньо записана інформація про рецепторному білку, але і про ті заміни, які потрапляють в довколишні регуляторні області. Такі регуляторні фрагменти ДНК впливають на активність гена - іншими словами, від них сильно залежить, скільки молекул білка буде в результаті зібрано
.Марина Афанасьєва та її колеги відібрали шість нуклеотидних варіантів, які відносяться до гену IL2R і з якими пов'язують такі аутоімунні захворювання, як розсіяний склероз, ревматоїдний артрит, хвороба Крона, виразковий коліт тощо. З усіх варіантів нуклеотидного поліморфізму дослідники зрештою зупинилися на одному: в одній з позицій в ДНК поруч з геном у різних людей зустрічалися дві різні «літери» - або А, або
Г.У більшості тут стоїть Г, але у деяких тут стоїть А, і, за статистикою, люди з Г рідше хворіють аутоімунними хворобами. Ми говорили, що такі розлади можуть виникати через підвищену активність гена IL2R - рецептора стає занадто багато, і імунні клітини стають занадто активними. Та ділянка ДНК, де зустрічалися варіанти А/Г, регулювала транскрипцію самого гена. Транскрипція - це синтез на гені РНК-копії, на якій потім спеціальні молекулярні машини будуть збирати вже власне білкову молекулу. Якщо транскрипція йде дуже активно, то і РНК виходить багато, і, отже, в клітці виявиться багато білка (насправді, є й інші механізми регуляції, через які РНК може бути багато, а білка - мало, але про них ми зараз говорити не будемо
) .Синтез РНК виконують спеціальні ферменти, у яких є свої білки-регулятори. Деякі білки-регулятори, сівши на ДНК, притягують за собою РНК-синтезуючі ферменти. Чим активніше і міцніше регулятори посаджуються на ДНК, тим більше вийде молекул РНК. Але взаємодія білків-регуляторів з ДНК залежить від певних послідовностей в самій ДНК: деякі з цих послідовностей більше подобаються білкам, деякі - менше. Іншими словами, все залежить від молекулярного «взаєморозуміння» між регуляторною послідовністю нуклеотидів в ДНК і білками-регуляторами транскрипції
. У разі гена IL2R той варіант регуляторної ДНК-послідовності, в якому є буква А, менше «подобається» білкам-регуляторам, ніж більш звичайний варіант з буквою Г. Білки-регулятори транскрипції з більшим полюванням працюють з Г-послідовністю, і, відповідно, в такому випадку виходить більше імунного рецепторного білка - і, як наслідок, ймовірність аутоімунних хвороб стає вище
. Висновки, зроблені на основі біоінформатичного аналізу нуклеотидних послідовностей і споріднення до них білків-регуляторів, вдалося підтвердити в експериментах з клітинними культурами: у клітинах, яких постачали Г-версією регуляторної нуклеотидної послідовності, дійсно виходило більше рецепторного білка, ніж у клітин з А-послідовністю. В
цілому результати дослідження, опублікованого в PLoS ONE, наочно демонструють важливість ретельного генетичного аналізу для прогнозування тих чи інших медичних неприємностей. Не можна стверджувати, що одна-єдина генетична «буква» може викликати аутоімунний розлад (хоча є приклади хвороб, які якраз і виникають через поодинокі «буквені» замін в геномі) - проте фактор «букви» варто враховувати серед інших, якщо ми хочемо достовірно передбачити ймовірність тієї чи іншої хвороби.