Серед мутацій, що відчутно впливають на молекулярне життя клітини, видне місце займають ті, від яких залежить точність і ефективність сплайсингу РНК.
Мутації - це зміни в генетичному тексті, тобто всілякі заміни, випадання і вставлення нуклеотидів в ДНК, як поодинці, так і цілими групами.
Давно вже зрозуміло, що мутації можуть бути різними: якісь взагалі не чинять ефект на життя організму, якісь, навпаки, відразу змінюють всю долю клітини. Ми знаємо, що ДНК за змістом неоднорідна: у ній є ділянки, в яких зашифрована амінокислотна послідовність білків, є ділянки, в яких зашифровані регуляторні молекули РНК, є фрагменти, які самі по собі не несуть інформацію ні про білки, ні про регуляторні РНК, але зате впливають на активність інших генів.
Раніше вважалося, що найбільш «впливові» мутації потрапляють саме в білок-кодуючі ділянки ДНК. (Хоча варто зауважити, що і всередині таких фрагментів є свої особливості - якісь нуклеотиди в них особливо важливі для правильного синтезу білка, якісь ні.) З цим ніхто не сперечається - звичайно, якщо в клітці замість нормального білка з'явиться мутантний, не здатний робити ту роботу, яка від нього потрібна, то клітці доведеться погано.
Однак з розвитком технологій, що дозволяють все більш точно читати послідовність ДНК, і з розвитком методів аналізу, що дозволяють порівнювати за певними алгоритмами величезні масиви генетичної інформації, біологам і медикам стало поступово зрозуміло, що більша частина мутацій, пов'язаних з якимись хворобами, фізіологічними особливостями або відхиленнями, знаходиться якраз в регуляторних зонах, які самі білків не кодують.
Тому потрібно скоріше розібратися, як саме це відбувається, тобто як ті чи інші зміни в регуляторних фрагментах ДНК позначаються на молекулярних процесах, що відбуваються з генетичною інформацією.
Як з'ясували дослідники зі Стенфордського університету та Чиказького університету, левова частка медично важливих мутацій припадає на ті послідовності, від яких залежить правильність сплайсингу РНК.
Як відомо, для синтезу білкової молекули інформацію з ДНК потрібно скопіювати на інформаційний посередник - матричну РНК. Але, на відміну від бактерій і архей, у всіх еукаріот (яким відноситься і людина) в матричній РНК, крім «змістовних» шматків, в яких дійсно є інформація для синтезу конкретного білка, є ще й «беззмістовні» шматки, які для синтезу білка не потрібні.
«Змістовні» послідовності називають екзонами, «беззмістовними» - інтронами. У тому вигляді, в якому матрична РНК з'являється на світ, з інтронами та екзонами, що чергуються, вона для складання білкової молекули не годиться. Тому між транскрипцією (тобто синтезом РНК-копії на ДНК-шаблоні) і трансляцією (тобто синтезом амінокислотної послідовності на матричній РНК) в еукаріотичних клітинах втиснуть сплайсинг - коли з РНК вирізаються всі інтрони.
Сплайсингом займаються спеціальні білки, і самого сплайсингу є кілька видів, але в цілому весь процес зводиться до того, щоб в «необробленій» молекулі матричної РНК (її називають пре-мРНК) знайти екзон-інтронні кордони, розрізати молекулу по них, інтрон викинути, а решту кінців екзонів зростити.
Межі між інтронами та екзонами - це характерні послідовності нуклеотидів, і білки, що займаються сплайсингом, визначають їх досить точно. Легко можна уявити, до чого призведе мутація, яка потрапила прикордонну зону: в обробленій, сплайсованій РНК може з'явитися передчасний стоп-сигнал, і білок просто не буде синтезований до кінця, або ж частина молекули виявиться безглуздим набором амінокислот, і весь білок перетворитися на сміття.
Вважається, що близько 15% всіх наших хвороб виникає якраз через мутаційні неполадки в сплайсингу.
Протягом декількох років Джонатан Причард (Jonathan K. Pritchard) і його колеги за допомогою різноманітних статистичних методів підбирали до мутацій в людській ДНК можливі молекулярні наслідки. Дослідників в першу чергу цікавило, як ті чи інші зміни в нуклеотидній послідовності позначаються на молекулярних ознаках - тобто коли через них змінюється рівень білка в цілому, коли змінюється інтенсивність транскрипції і т. д. (Розглядалися тільки ті нуклеотидні зміни, які не змінюють послідовність білків, так що, наприклад, мутації в ферментах, що здійснюють транскрипцію або сплайсинг, в дослідженні, так би мовити, «не брали участь».) Все це потрібно було зіставити з положенням конкретних мутацій у ланцюжку ДНК.
У статті в Science автори пишуть, що найбільш «сильнодіючими» мутаціями були ті, які впливали на основні молекулярні механізми, через які змінювалася активність генів в цілому. Однак не менш «впливовими» виявилися нуклеотидні варіанти в тих ділянках ДНК, які відповідали за точність і ефективність сплайсингу. Їх набралося близько 3 тисяч, і вони виявилися пов'язані з цілою низкою хвороб - наприклад, особливо багатий на сплайсингові мутації виявився розсіяний склероз.
Те, що неполадки в сплайсингу можуть бути загрожувати серйозними неприємностями, здається цілком очевидним, проте досі ніхто не міг оцінити статистичний взаємозв'язок між відповідними нуклеотидними варіаціями і наочними молекулярно-клітинними і фізіологічними змінами.
У кожного з нас в ДНК є маса відмінностей, деякі з них залишаються без наслідків, а деякі - зовсім навпаки, і, мабуть, в найближчому майбутньому фахівці в області медичної генетики почнуть вже цілеспрямовано вивчати властивості нуклеотидних замін, вставок, делецій, що мають відношення саме до сплайсингу.
Самі автори дослідження кажуть, що багато з таких мутацій ніяк не впливали на молекулярний стан клітини, і надалі нам ще належить дізнатися, від чого залежить «впливовість» спласингової мутації, і які механізми дозволяють клітині захиститися від подібних неприємностей.