1.8.1* Первые результаты технической революции в молекулярной биологии гена

Как только началось изучение индивидуальных генов эукариотических клеток, было сделано два фундаментальных открытия, объяснивших два парадокса эукариотической клетки:

1. образование мРНК из гигантских про-мРНК
2. существование избыточной ДНК и, в частности, разбросанных по геному повторяющихся последовательностей.

Первый из них оказался связанным с тем, что эукарио-тические гены имеют разорванную, прерывистую структуру: в их смысловую последовательность, кодирующую белок, врезаны последовательности ДНК, не несущие информации, причем на эти последние обычно приходится больше материала, чем на кодирующие последовательности. В ядре синтезируется про-мРНК, копия всего гена, но затем там же в ядре все несмысловые участки вырезаются, а концы кодирующих последовательностей соединяются. Этот процесс был назван сплайсингом. Участки гена и соответствующей про-мРНК, вошедшие в состав зрелой мРНК, называют экзонами, а удаляемые участки - нитронами. После удаления последовательностей интронов из про-мРНК зрелая мРНК транспортируется в цитоплазму. Прерывистость гена - важнейшая, функционально до сих пор не вполне понятная особенность организации эукариотической клетки.

Второе открытие, к которому прямое отношение имели исследования советских авторов, заключалось в установлении того факта, что многочисленные повторяющиеся последовательности ДНК, рассеянные по геному, представляют собою мобильные генетические элементы, т. е. последовательности, способные размножаться независимо от клетки и перемещаться в новые места генетического аппарата. Еще в 40-х годах Б. Мак-Клинток в США в генетических опытах на кукурузе обнаружила мобильные, или прыгающие, гены, но это явление рассматривалось как редкое исключение, своего рода курьез. Затем мобильные элементы были найдены у бактерий, но их число там сравнительно невелико.

Теперь же оказалось, что эукариотический геном буквально нафарширован тысячами и даже сотнями тысяч мобильных генетических элементов, имеющих различную структурную организацию и разные механизмы для перемещения. Вариации в их числе и локализации являются одним из основных различий между представителями одного вида. Далее была установлена связь мобильных генетических элементов с вирусами, в частности с ретровирусами. Итак, вторая характерная и непонятная черта генома эукариот - наличие многочисленных повторяющихся последовательностей - тоже нашла свое объяснение.

Дальнейшие исследования стали концентрироваться, во-первых, на функциональном изучении генов, включая сюда контроль их репликации, транскрипции и других генетических процессов; во-вторых, структурной организации генов в хроматине и ее изменении при активации гена; в-третьих, на детальном изучении строения индивидуальных генов, что привело, в частности, к раскрытию механизмов иммуногенетических процессов, онкогенеза и многих других биологических явлений. Фактически возникли две новые науки - молекулярная иммунология и молекулярная онкология. Сегодня на повестке дня стоит решение вопросов молекулярных основ процессов биологии развития и нейробиологии.

Естественно, выше перечислены лишь некоторые основные направления. Общий поток молекулярной биологии гена значительно шире, и сейчас разбивается на необозримое число различных частных направлений. В следующих главах рассмотрены общие вопросы структуры и функционирования генома, причем выделены те разделы, в разработке которых участвовала наша лаборатория.