litceysel.ru
добавить свой файл
1 2 ... 7 8
Часть II. Гипотетические Механмзмы и Контуры Новой Парадигмы.



Введение


1. Механизм вариабельной (неоднозначной, неинвариантной) «обратной трансляции» отдельного эпитопа (вПОТ-механизм).


    1. вПОТ-механизм и митохондрии макрофага.




    1. вПОТ-механизм и хлоропласты растений.


2. Возможная связь гипотетических вПОТ/ВНП-передачи механизмов с эволюцией генетического кода.


3. Возможная связь гипотетических вПОТ/ВНП-передачи механизмов с редатированием РНК (и другими внутриклеточными механизмами).


Аббревиатура


Список литературы



Абстракт (Резюме)


Гипотетические Механизмы и Контуры Новой Парадигмы (некоторые аспекты).

Дейчман А.М., Цой В.Ч., Барышников А.Ю.

Российский Онкологический Научный Центр (ГУ РОНЦ), Каширское шоссе д.24, Москва-478, Россия.

amdeich@rambler.ru , deichman@mtu-net.ru

(Опубликовано: Москва 2005, Издательство «Практическая Медицина».)

Введение


Выживание современных клеточных генетических систем, обеспечивающих все биохимическое разнообразие в функционировании этих метаболических машин, было бы невозможным без целых групп механизмов поддержания стабильности и изменчивости – а в целом пластичности их постоянно эволюционирующих геномов. Среди таких молекулярно-биологических и энзиматических механизмов следующие: репликация, оба вида транскрипции, трансляция, различные виды репарации, подвижные элементы, посттранскрипционные и посттрансляционные изменения, связанные с редактированием РНК, работой сплайсосом, соматических гипермутаций, и подобн. Хотя, заметим, что при мейотическом и/или митотическом делении любые клетки облигатно наследуют не только генетический, но и некоторые другие, не менее важные внутриклеточные аппараты, с характерными для них компонентами, последовательностями и вторичными/третичными структурами. Последние, возможно, представляют собой модифицированные версии структур РНК-Мира, без которых невозможна полноценная экспрессия наследуемого генетического вещества. В свою очередь, такие структуры могли возникнуть на основе еще более раних абиотических/пребиотических структур (Mojzsis et.al., 1999). Каждый из названных механизмов функционирует в условиях достаточно жесткого контроля и имеет вполне конкретную степень надежности. Таким образом, с одной стороны, обеспечивается воспроизводство, а с другой – врéменная модификация или постоянная мутация. Эти процессы касаются как отдельных соматических (много реже герминативных) клеток, так и целых организмов.


Однако представляется возможным, что передающиеся вертикально (т.е. фиксируемые в ряду поколений) генетические модификации и мутации, могут появляться не только в результате случайных ошибок и сбоев при репликации (это ведет к гибели клеток сразу, или при активации/делении их). Также возможно согласованное (многоуровневое) совместное участие известных генетических механизмов с некоторыми специальными гипотетическими (возможно фундаментальными) механизмами (Дейчман 1993; Deichman 1997; Дейчман, Смирнов 2003). Эти гипотетические, как и уже известные механизмы (а также многокомпонентные внутриклеточные структуры), прошли свой эволюционный путь, и, также имея свой уровень надежности избегания ошибок, вероятно, в настоящее время оказались встроенными в общий контекст механизмов – с одновременным использованием также и горизонтального типа передачи, особенно распространенного, как считают, в ранне-эволюционный период (Woese 2000), в частности у пурпурных фотосинтезирующих бактерий (Woese, Guptar 1981). Предполагают горизонтальный перенос митохондриальных (др. ДНК-содержащих компартментов) мобильных интронов I и II типов между неродственными видами некоторых протистов, а также протистами и цианобактериями за эволюционно значимый срок (Одинцова, Юрина 2002). На уровне таких механизмов, не исключено, возможна регуляция и ограничение потенциально огромного числа не только кодируемых, но и случайных и случайно программируемых генетических событий (включая врèменные модификации и закрепленные мутации), обеспечиваемых гипотетическими механизмами вместе с другими (прежде всего с редактированием РНК, см. ниже; различными видами репарации, и др.).

Данная гипотеза должна быть сквозной, т.е. достраиваемой по ходу накапливающихся в различных областях клеточной биологии данных с участием различных специалистов смежных областей. Поэтому предлагаемые ею механизмы можно только условно назвать: (1) вариабельной («вариабельной» – предложено проф. Оловниковым А.М.; т.е. неоднозначной, неинвариантной) Поэпитопной Обратной Трансляцией (вПОТ = vIERTvariable Individual Epitope Reverse Translation), и (2) передачей Вектор-подобных Нуклеиновых Последовательностей двух видов. Первый вид: (2а) ВНП-передача (=VLNS-transferVector-Like Nucleic Sequence transfer) – для внутри-/межклеточного обмена внутри одного организма. Второй вид: (2б) системой Генетической Челночной Обратной Связи – ГЧОС-системой (=GSF-systemGenetic Shuttle Feedback system; ВНП-передачe) – но уже в случае обмена ВНП между клетками различных организмов сообщества, группы сообществ всех трех природных царст, в том числе фотосинтезирующей и нефотосинтезирующей частями биосферы (Дейчман 1993; Deichman 1997).


В последнем случае, вероятно, совокупность обоих гипотетических механизмов может быть связанной с формированием экологически сбалансированного биоразнообразия в рамках генетически единой биосферы, и способноcтью объяснить причины несовпадений между различными эволюционными классификациями (выстроенных по клеточным и вирусным нуклеотидным последовательностям). В отличие от сходства, которое наблюдается для различных внутриклеточных молекул, используемых для эволюционной классификации организмов, ни одна молекула, продукт, или функция не являются общими для всех вирусов (Maizels, Weiner 1999). Возможно вирусы включают способность к воспроизводству не только древних и современных, но также и только формирующихся стратегий репликации.

Причины несовпадений классификаций, вероятно, состоят в продолжающейся конкуренции множества исходных генетических систем, скрытых эволюционно более поздними преобразующими наслоениями и являющихся составными частями так называемого современного единого (универсального – УГК) генетического кода (см. ниже). В клетке явно или скрыто коэволюционируют взаимодействующие молекулы, их части и функции [принцип непрерывности Оргелла (Maizels, Weiner 1999)]. В настоящий момент, и вплоть до экспериментального подтверждения первого механизма (вПОТ=vIERT), как сами гипотетические механизмы, так и косвенные признаки существования подобных механизмов могут иметь самостоятельную значимость. Второй механизм (ВНП-передачи) уже частично показан, это: обмен плазмидными (половыми) кассетами у дрожжей и бактерий; некоторые вирусы, например рабдовирусы, буньявирусы, потивирусы, курсируют между фотосинтезирущими и нефотосинтезирующими организмами, проявляя видо- и/или тканеспецифичность в отношении одного из двух своих одновременно облигатных хозяев – растений и насекомых; известна роль митохондриальных плазмид в регуляции работы ядра при формировании цитоплазматической мужской стерильности (ЦМС) у растений; устойчивость к лекарствам и гербицидам в клетках животных связывают с передачей плазмид по материнской линии, и др. (Дейчман 1993); показан естественный транспорт нескольких не синтезируемых в митохондриях трипаносом тРНК из цитоплазмы; с помощью радиоавтографии был доказан поток РНК из трофоцитов в яйцеклетку домашней мухи (Корочкин 2002), и др.


Кроме того, в результате экспериментального электроиндуцированного импульсного пробоя (Зоров 1996; Zorova et al., 2000), показана возможность

…………………………………………

……………………………………………

1. Механизм вариабельной (неоднозначной, неинвариантной) поэпитопной «обратной трансляции» отдельного эпитопа (вПОТ).


Первый (вПОТ) механизм подразумевает такую ситуацию, при которой, в общем случае, свободный (или в составе полипептида) эпитоп не более чем в 5-10 аминокислот (включая модифицированный низкомолекулярным соединением) превращается в затравку, способную вызвать запуск невыявленной пока специальной «ретрансляционной машины = ретранслосомы» (предсуществующей, но эволюционирующей). «Ретранслосома» может функционировать по крайней мере в митохондриях и хлоропластах (возможно и в ядре/ядрышке, где транслируется, например, ADAR-1-фермент (Herbert et. al., 2002)). Эти две органеллы эволюционно относительно автономны и содержат все необходимые компоненты репликативного и белок-синтезирующего аппаратов эукариотических клеток.

Внутренние мембраны митохондрий и хлоропластов (в области гранов тилакоидов) содержат фракции тРНК, трудноотделимые даже сильными детергентами (тритон Х-100 и др) в жестких условиях (Филиппович и др, 1987). В состав «ретрансляционной машины», а из дальнейшего видно, что это одновременно фотонная «гипервариабельная машина» (Дейчман 2000) с включениями наномолекулярных элементов, может входить упорядоченный комплекс, состоящий из нескольких соответствующих и частично фиксированных на мембране Аа-тРНК. Размеры Аа-тРНК (диагональный размах Г-образных тРНК – 100Å) позволяют им уместиться в межмембранной щели органелл и соответствуют наномолекулярному диапазону. Мембрано-зависимые аппараты синтеза белка и нуклеиновых кислот в органеллах, как, вероятно, и гипотетическая вПОТ, могут функционировать, не исключено, в качестве сопряженных процессов.


Возможны два варианта событий : (1) либо аминокислоты по очереди отщепляются от эпитопа пептидазной активностью (рис.1) и включаются в ориентируемый ими состав наборов Аа-тРНК-комплексов вместе с соответствующими/близкородственными им тРНК. (2) Либо целый эпитоп своими аминокислотами (рис.2; также возможно действие пептидазной активности) способен формировать и удерживать вблизи себя набор не совсем случайных для данной ткани Аа-тРНК, удерживаемых мембранными структурами. Неслучайность объясняется тем, что каждая ткань отличается неповторимыми метаболическими и биохимическими характеристиками (включая уровень ATP, GTP, метаболитов гликолиза, окислительного фосфорилирования, и т.д.), и спектрами экспрессируемых белков (эпитопов).

Хотя второй вариант (рис.2) был отчасти предложен ранее (Меклер 1980; Идлис 1980), авторы гипотезы стереокомплементарности генетического кода предполагали, что попарно взаимодействующими аминокислотами будут только такие, кодоны которых антикомплементарны (соответственно аминокислоты взаимодействовали с «антиаминокислотами», А-А-тип взаимодействий). Если комплементарны все три нуклеотида кодонов, то это соответствует т.н. А-А коду, если только второй нуклеотид, то это К-К код; самым вырожденным был третий тип взаимодействий, когда вторыми нуклеотидами были, соответственно, пурин и пиримидин (или наоборот).

Кроме того, не было разработано конкретных внутриклеточного механизма и локализации, обеспечивающих непротиворечивую встроенность подобного механизма в общий контекст уже изученных молекулярно-биологических и биохимических механимов, и связь их с эволюцией генетического кода, формируемого под действием различных (солнечных, земных, космических) физических факторов. Исторически с проблемой «reverse translation” связаны работы по крайней мере некоторых авторов (Craig, 1981; Cook 1977); вероятно это тема отдельной статьи. Только один из авторов (Mekler, 1967; Mekler, 1980) применяет этот механизм в отношении белкового эпитопа. Во всех этих работах, однако, не обоснованы и даже не предсказаны (что, вероятно, естественно для научного периода тех лет) возможная связь гипотетического механизма с другими механизмами экспрессии генома, эволюцией генетического кода, его клеточная локализация, и общая непротиворечивая встроенность механизма в целую парадигму.



Рис.1 и Рис.2


4

3 5

2 6



1 7



ССА-ножки



следующая страница >>