Życie na żywo
Nasze i wirusowe czapeczki
Świat biologii molekularnej był tak rozczulająco prosty, kiedy Watson i Crick opisali strukturę kwasów nukleinowych, a Khorana i Nirenberg odkryli chemiczną naturę kodu genetycznego. Tę prostotę uosabia centralny dogmat biologii molekularnej sformułowany przez Cricka w końcu lat 60. XX wieku opisujący kierunek przepływu informacji genetycznej.
Kolejność ułożenia elementów składowych DNA w nici determinuje jednoznacznie kolejność ułożenia bardzo podobnych (chemicznie) elementów drugiego kwasu nukleinowego - RNA. RNA jest chemicznym odwzorowaniem DNA, to odwzorowywanie nazwano transkrypcją. Domniemywano, że długość nici DNA, mierzona liczbą elementów składowych, jest w przybliżeniu równa długości RNA. Transkrypcji ulega cała informacja genetyczna komórki.
Kolejnym etapem przekazywania informacji, głosił dogmat, jest translacja - przerobienie symboli nukleinowych na kolejno ułożone w łańcuchu symbole proteinowe tworzące - jako dużą cząsteczkę - białko. Białko kieruje, spełnia, wykonuje wszystkie funkcje życiowe w komórce. Dzięki transkrypcji i translacji zrealizował się program dziedziczenia cech komórki.
Kierunek przekazu informacji był jeden - głosił dogmat.
To słowo, dogmat, na szczęście nie zamknęło dociekań ludzi wątpiących w dogmaty. Znaleziono przykłady odwrócenia kierunku (synteza DNA na matrycy RNA, zwana potocznie odwrotną transkrypcją). Zadano cios aforyzmowi francuskiego noblisty, Jacquesa Monoda: mechanizmy dziedziczenia bakterii są takie same u niej, u słonia i u człowieka. Cały proces (procesy) realizacji informacji genetycznej u organizmów wyżej zorganizowanych niż bakterie ma cechy szczególne. Zrozumieli to szybko genetycy zajmujący się przenoszeniem genów z bakterii do komórek wyższych (eukariotycznych); większość takich prób kończyła się niepowodzeniem.
Chyba największe "rewolucje" molekularne rozegrały się na polu transkrypcji. Eukariotyczny RNA ulega wielokrotnym i różnorodnym modyfikacjom. Nauczyciele akademiccy poświęcają na przekazanie tej wiedzy roczne wykłady - my postąpimy brutalnie, skrótowo, zajmując się tylko jedną z nich: dołączaniem na jednym końcu RNA cząsteczki nazwanej cap (po polsku czule czapeczką). Dla każdego biochemika jest oczywiste, że wszystkie (liczne) reakcje "dojrzewania" RNA prowadzą specyficzne enzymy, białka.
Czapeczka jest małą cząsteczką również podlegającą różnym modyfikacjom, sumarycznie polegającym na przyłączaniu grupy metylowej (CH ). Czapeczka decyduje o określonej aktywności całego RNA, o wielu jego oddziaływaniach z białkami komórki, wzmacnia stabilność całego RNA, uczestniczy w usuwaniu nadmiarowych fragmentów RNA, w jego komórkowym transporcie i w inicjacji translacji. Bez czapeczki "nie ma życia". Ale, co najciekawsze, modyfikacje (metylacje) czapeczki RNA eukariotycznych wirusów są dla nich charakterystyczne, są znacznikiem informacji wirusowej. Tak, słusznie myślicie: mogłyby być także celem działania leków antywirusowych.
W aktualną wiedzę o czapeczkach polscy naukowcy mają swój znaczący wkład. Od wielu lat w Zakładzie Biofizyki UW konstruuje się czapeczki o różnorodnych modyfikacjach, a potem obserwuje, jak to zmienia "życie" całego RNA. A całkiem niedawno duża grupa polskich uczonych, też z Zakładu Biofizyki i z Międzynarodowego Instytutu Biologii Molekularnej i Komórkowej opisała szczegółowo strukturę krystaliczną jednego z enzymów człowieka metylującego czapeczkę, a także jego kompleksu z czapeczką. Z opisu tych struktur można wnioskować o zasadniczych różnicach między systemami wirusowymi i komórkowymi, co otwiera drogę poszukiwań związków hamujących wybiórczo aktywność wirusowych metylaz czapeczki.
Skomplikowane, prawda? A wyżej wspomniane odkrycia zapewniają polskim placówkom naukowym znaczącą pozycję w tej dziedzinie na świecie. Taka mała czapeczka, a tak ważna!