Крик впервые опубликовал идею "центральной догмы" в 1958 году, чтобы подытожить накапливающиеся сведения о молекулярных основах белкового синтеза. Доминирующей идеей тогда являлось то, что ДНК определяет наследственность, кодируя белковую структуру; вдобавок, подразумевалось, что белки определяют фенотип клетки и организма. Крик сформулировал два линейных потока информации, основанных на кодировании последовательностью нуклеотидов: ДНК —> ДНК (во время репликации) и ДНК —> РНК —> белок (во время синтеза белков). В 1970 Крик пересмотрел этот однонаправленный поток в свете на тот момент недавнего открытия обратной транскриптазы, которая может копировать РНК обратно в ДНК (это открытие было сделано Мизутани и Теминым). Крик добавил еще один переход от РНК к ДНК в своей схеме, однако, он писал, что переход информации от белка к нуклеиновым кислотам или от белка к белку невозможен: "... информация последовательности ДНК не может быть перенесена от белка к белку или нуклеиновой кислоте" и "открытие хотя бы одного типа из ныне живущих клеток, который мог бы иметь какой-либо из трех неизвестных переходов (белок — ДНК, белок — РНК, белок — белок), пошатнуло бы все интеллектуальные основания молекулярной биологии..."
Очевидно, в 1970-м Крик придерживался декартовского дуалистского взгляда на молекулярный перенос информации, в котором нуклеиновые кислоты содержат закодированную информацию, а белки исполняют зашифрованные инструкции. Современная версия такого ДНК-ориентированного взгляда выражена в статье "Расшифровка кода жизни" ("Deciphering the Code of Life", см. Литературу ниже). Сегодня, мы знаем множество примеров, когда белки изменяют информацию в последовательности ДНК (например, SOS мутагенез), в РНК (сплайсинг и другие типы посттранскрипционной обработки) и других белках (протеолитическое расщепление, вырезание и прикрепление пептидов). Мы также обладаем гораздо более глубоким пониманием многочисленных путей, с помощью которых белки и другие молекулы клетки (вторичные посредники, мембраны, некодирующие последовательности РНК), не включенные в схему Крика, влияют на структуру, экспрессию и модификацию ДНК генома, а также РНК-транскриптов.
1970 (см. Crick F. Central dogma of molecular biology. Nature 227, 561–563 (1970))
(ДНК —> 2ДНК) —> РНК —> белок —> фенотип
2009 (см. Shapiro J.A. Revisiting the Central Dogma in the 21st Century. Annals of the New York Academy of Sciences 1178, 6–28 (2009).)
ДНК + 0 —> 0
ДНК + белок + нкРНК (некодирующая РНК) —> хроматиновые/эпигенетические метки (эпигенотип)
Хроматин + белок + нкРНК —> ДНК репликация, поддержка/перестройка хроматина
Белок + РНК + липиды + малые молекулы —> передача сигнала
Сигналы + хроматин + белок —> РНК (первичный транскрипт)
РНК + белок + нкРНК —> РНК (вторичный транскрипт)
РНК + белок + нкРНК —> белок (первичный трансляционный продукт)
Сигналы + хроматин + белки + нкРНК + липиды —> локализация в ядре/нуклеойде
Белок + нуклеотиды + Ac-CoA (ацил-КоА) + SAM (S-аденозилметионин) + сахара + липиды —> обработанный и оформленный белок
ДНК + белок —> новая последовательность ДНК (мутагенные полимеразы, терминальные трансферазы)
Хроматин + белок —> новая структура ДНК (реорганизация ДНК)
РНК + белок + хроматин —> новая структура ДНК и последовательность (ретротранспозиция, ретродукция, ретрохоуминг, ретроэлементы, генерирующие разнообразие)
Белок + нкРНК + хроматин + сигналы + другие молекулы + структура <—> фенотип, генотип и эпигенотип
Из таблицы, что приведена выше, действительно кажется, что "интеллектуальные основания молекулярной биологии" пошатнулись — и пошатнулись основательно. Целью первой части этой книги было знакомство с некоторыми из многих случаев, когда молекулярная биология переносит нас на совершенно новую концептуальную базу. В частности, переход ДНК + 0 —> 0 указывает на то, что ДНК не является причиной чего-либо происходящего в клетке сама по себе, — самое первое утверждение современной информатики клетки. Все процессы, связанные с геномом, подвержены влиянию входных сигналов и преобразующих информацию схем. Во второй части описывается совершенно новый концептуальный подход к геному (геном как запоминающее устройство с функцией чтения и записи), вытесняющий традиционный подход эволюционистов (геном как постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), имеющее единственную функцию чтения и подверженное изменению посредством случайных событий и ошибок).
Словарь
Сплайсинг — процесс вырезания участков молекулы РНК после ее образования в процессе транскрипции ДНК и соединения последовательностей с образованием "зрелой" РНК.Некодирующие РНК (нкРНК) — молекулы РНК, которые не транслируются в молекулы белков.
Хроматин — вещество хромосом, состоящее из ДНК, РНК и белков.
Липиды — жиры и жироподобные вещества.
Транскрипция — переход ДНК —> РНК (или матричная РНК = транскрипт).
Трансляция — переход (матричная)РНК —> белок.
Литература
Традиционный взгляд:- Crick, F. On protein synthesis. Symp Soc Exp Biol 12, 138–163 (1958).
- Temin H. and S. Mizutani. RNA-dependent DNA polymerase in virions of Rous sarcoma virus. Nature 226, 1211–1213 (1970).
- Crick F. Central dogma of molecular biology. Nature 227, 561–563 (1970).
- Collins F.S. and Jegalian K.G. Deciphering the Code of Life. Sci Am 281, 86–91 (1999).
- Shapiro J.A. Genome informatics: The role of DNA in cellular computations. Biological Theory 1, 288–301 (2006).
- Shapiro J.A. Revisiting the Central Dogma in the 21st Century. Annals of the New York Academy of Sciences 1178, 6–28 (2009).
Комментариев нет :
Отправить комментарий