Битва за место в клетке

Клетки нашего организма, как известно, отличаются от тех же микробных наличием ядра, в котором находятся хромосомы с ДНК – веществом генов – в них. Большинство проблем, возникающих в организме, связано с изменениями в генах, или мутациями, чаще всего представляющими собой замены нуклеотидов, или «букв» генетического кода («Война и мир» превращается в «Война а мир»).

Сегодня уже ясно, что генетические проблемы могут решаться «заменой» мутантного гена нормальным, который необходимо ввести в ядро клетки. Однако поры двойной ядерной оболочки содержат протеины, воздвигающие непреодолимый барьер на пути проникновения чужеродного генетического материала. Только вирусу иммунодефицита (ВИЧ) и другим родственным ему удается каким-то образом ввести свои ДНК-копии не только в ядра иммунных и других клеток, но также интегрировать их в клеточный геном.

Проникают через ядерные поры и некоторые гормоны, а также протеины, пребывающие до своей активации в цитоплазме. Подобное «санкционированное» проникновение называется транслокацией. Транслоцируется из цитоплазмы, например, ядерный фактор кВ (Nuclear Factor-kB, NF-kB), который необходим для активации генов созревания иммунных лимфоцитов. В то же время гораздо меньшие по своим физическим размерам вирусные РНК обычно в ядро не проникают. Вместо этого из ядра в цитоплазму выходят предшественники микроРНК (miR), которые вступают в непримиримую борьбу с РНК вирусов. Эта молекулярная «война», открытая совсем недавно, получила название РНК-интерференция (РНКи).

РНК-интерференция открыта совсем недавно, и ее значение подчеркнуто присуждением Нобелевской премии 2006 года. Она проявляет себя в замалчивании, или сайленсинге работы генов, и ученые надеются, что с помощью РНК-интерференции удастся нацеленно выключать ненужную активность генов. Таковыми в первую очередь являются гены клеточного деления, аномальная активность которых приводит к росту опухолей.

Лишь совсем недавно удалось разобраться со строением ядерных пор, в белковом комплексе которых уже сегодня насчитывается 456 протеинов разной массы, молекулярного строения и функции. Их совокупная масса достигает 50–120 млн. дальтон (1023 = 1 гр.). Помимо них в построении поры участвует до 30 нуклеопоринов.

Отверстие поры, как обручами, держится протеиновыми кольцами, между которыми лежит мембранный желоб, удерживаемый прочным и достаточно жестким мембранным белковым кольцом. Изнутри пора «выстлана» молекулами нуклеопоринов. Тонкую структуру поры исследовали в Калифорнийском университете Сан-Франциско. А в университете швейцарского Базеля посмотрели, как реально «работает», то есть открывается и закрывается пора. Свою статью в журнале Science ученые назвали вполне в духе времени: «Наномеханическая база селективного (избирательного) открывания поры с помощью белкового комплекса ядерной поры».

Оказалось, что расположенные изнутри поры молекулы нуклеопоринов могут под действием одного из белков ядерной транслокации, или транспорта сворачиваться подобно хвосту собаки лайки в эдакие глобулы-шарики диаметром 11 нанометров (нм). При этом просвет поры диаметром порядка 40 нанометров (нм) открывается подобно диафрагме фотообъектива. Приложение энергии вызывает расправление нуклеопориновых «хвостов» до 29 нм, то есть почти в три раза по сравнению с диаметром глобул, в результате чего пора перекрывается и транспорт через нее прекращается. Думается, что нам предстоит еще много чему научиться в области нанотехнологий у природы и собственных клеток.