Мобільні генетичні елементи можуть перетворити клітинну РНК на переплутаний клубок, з якого неможливо витягти ніяку інформацію - однак у клітини є спеціальні білки, які такий клубок можуть легко розплутати.
Як відомо, лише невелика частка нашої ДНК кодує білки, а основна частина геному наче й не потрібна. Цю нібито непотрібну частину свого часу назвали «сміттєвою» ДНК - у ній бачили просто баласт, що накопичився з якихось причин за мільйони років еволюції. Однак зараз насправді так вже ніхто не думає - в некодуючій ДНК є маса генетичних елементів, які, нехай і не несуть ніякої білкової інформації, але все ж відіграють в житті клітини величезну роль.
У «сміттєвій» ДНК є досить багато транспозонів - так називають особливі послідовності нуклеотидів, які перестрибують з одного місця геному в інше. Транспозонів існує кілька різновидів. Деякі з них переміщуються за допомогою механізму «вирізати і вставити» - транспозон фізично йде з одного місця, щоб вставити себе в іншу ділянку ДНК. Інші роблять інакше, розсіюючи свої копії по геному (механізм «копіювати і вставити»). Вважається, що, принаймні, частина транспозонів сталася від вірусів, які колись потрапили в клітку, так у ній і залишилися.
У ДНК людини одні з найчисленніших транспозонів - це Alu-елементи, які поширюються за механізмом «копіювати і вставити». Їх налічується понад 1,1 млн копій, що в сумі становить 10,7% людського геному. Більшість з них вже неактивні, тобто вже нікуди не «стрибають», однак ті, що ще працюють, можуть завдати великих неприємностей.
Легко зрозуміти, що якщо транспозон потрапить в який-небудь важливий ген, то він його просто зіпсує - і дійсно, Alu-елементи можуть стати причиною таких захворювань, як гемофілія, рак молочної залози і деяких інших. З іншого боку, відомо, що ті ж Alu-елементи бувають корисні з еволюційної точки зору. Їх послідовності часто встають поруч, так що між одним транспозоном та іншим виявляється якийсь ген або кілька генів.
Фокус тут у тому, що такі транспозони при самокопіюванні захоплюють і те, що знаходиться між ними. У результаті в геномі з'являється зайва копія якогось гена, яка може вільно змінюватися, поки «вихідець» продовжує виконувати необхідні для організму функції.
Вважається, що саме завдяки Alu-елементам у деяких мавп - в тому числі і у тих, які були предками людини - заново з'явився перш втрачений триколірний зір, тобто здатність бачити синій, червоний і зелений. У якийсь момент транспозони в геномі приматів зробили копію гена фоточутливого білка опсину, і ця копія згодом «освоїла» третій колір. (Інший характерний приклад, про який ми писали два роки тому - як транспозони навчили ссавців вагітності.)
Тобто активні транспозони можуть бути як хорошими (допомагаючи біологічному виду обзавестися новими вдалими властивостями), так і поганими (стаючи причиною небезпечних мутацій). Однак як з активними, так і зі сплячими стрибаючими послідовностями може виникнути одна істотна проблема. Нагадаємо, що ДНК сама по собі тільки зберігає інформацію, а щоб ця інформація запрацювала, потрібна молекула-посередник - РНК.
На різних ділянках ДНК синтезуються порівняно короткі РНК, які служать шаблоном для збирання білкових молекул. Через величезну кількість Alu-елементів у геномі часто буває так, що РНК, скопійована з ДНК, крім власне інформаційної нуклеотидної послідовності, несе на собі ще й послідовності транспозонів. Ці послідовності транспозонів не обов'язково псують сенс головного повідомлення, вони можуть знаходитися, наприклад, з боків від нього, або в безглуздих проміжках між смисловими шматками.
Однак проблема в тому, що нуклеотидні послідовності Alu-елементів легко злипаються один з одним. В результаті РНК з більш-менш рівної, добре читаної «нитки» перетворюється на нечитаний ком - молекулярні машини, які готують РНК до синтезу білка і які самі синтезують білок, просто не можуть працювати з такою переплутаною структурою.
Але у клітини, звичайно, є інструменти і на такий випадок. Дослідники з Інституту імунобіології та епігенетики Товариства Макса Планка пишуть у своїй статті в Nature про білок DHX9. Це хеліказа, тобто фермент, що займається розплутуванням нуклеїнових кислот; хеліказ є багато, одні з них спеціалізуються на ДНК, інші - на РНК, і DHX9 належить якраз до тих, хто працює з РНК. Якщо DHX9 вимкнути, то в клітці стануть накопичуватися ті самі нечитані грудки РНК, і почнеться брак тих білків, інформація про які міститься в заплутаних РНК.
DHX9 цілеспрямовано дізнається Alu-елементи в РНК і розплутує їх. Але якби хеліказа працювала поодинці, то, напевно, це було б не так вже й продуктивно. У DHX9 є, щонайменше, один помічник: особливий білок, який редагує РНК - іншими словами, він хімічно модифікує нуклеотиди, які входять в Alu-послідовність, і після такої редактури Alu-елементи стають безпечні.
Звичайно, тут само собою виникає пропозиція взагалі позбутися Alu-елементів прямо в ДНК - що було б більш ефективно, ніж стежити за РНК і розплітати ті, які виявилися заплутаними. Однак або такий молекулярний апарат створити занадто складно, або ж такі транспозони, незважаючи на всі клопоти, з ними пов'язані, представляють важливе джерело генетичної мінливості, від якого з еволюційної точки зору було б нерозумно відмовлятися.
Зрозуміло, це далеко не єдиний молекулярний прийом, який нашим клітинам довелося вигадати у зв'язку з транспозонами. Для прикладу - якийсь час тому ми розповідали про те, що в геномі приматів є понад півтори сотні білків, чиє завдання - принаймні, раніше - полягало в тому, щоб тримати орду транспозонів під контролем.