‘’The central dogma of molecular биология deals with the detailed residue-by-residue transfer of sequential information from DNA to protein via RNA. It states that such information is unidirectional from DNA to protein and cannot be transferred from protein to either protein or nucleic acid’’ (Crick F.,1970).
Stanley Miller performed experiments in 1952 and another in 1959 to understand and decipher the origins of life in the primordial earth environment and lived until 2007. During his time, DNA was understood to be an important биологический molecule, actually the most important biological molecule in terms of informational polymer. However, Miller seemed to have totally missed explicitly making any mention of ‘nucleic acid related informational molecule’ in his works and thoughts.
Один любопытный аспект эксперимента Миллера заключается в том, почему он пропустил поиск информационного полимера нуклеиновой кислоты в условиях ранней Земли и сосредоточился только на аминокислотах? Это потому, что он не использовал предшественники фосфата, хотя фосфор, вероятно, присутствует в примитивных условиях извержения вулкана? Или он предполагал, что белок мог быть только информационным полимером и, следовательно, искал только аминокислоты? Был ли он убежден в том, что белок является основой происхождения жизни, и, следовательно, искал только существование аминокислот в своем эксперименте или тот факт, что белки выполняют все функции в человеческом теле и являются основой того, чем мы являемся фенотипически и, следовательно, более важнее нуклеиновых кислот, о чем он мог подумать в то время?
70 лет назад было много известно о белках и их функциях, а о нуклеиновых кислотах в то время было меньше. Поскольку белки отвечают за все биологические реакции в организме, Миллер считал, что они должны быть носителями информации; и поэтому искал строительные блоки белка только в своих экспериментах. Вероятно, что строительные блоки нуклеиновой кислоты также были сформированы, но присутствовали в таких следовых количествах, которые не могли быть обнаружены из-за отсутствия сложных инструментов.
ДНК структура была открыта годом позже, в 1953 году, в результате чего была предложена двойная спиральная структура ДНК и говорилось о ее репликативных свойствах. Так родились знаменитые 'Центральная догма молекулярной биологии »в 1970 году знаменитым ученым Фрэнсисом Криком!1 И ученые были настолько настроены и убеждены в центральной догме, что они не оглядывались назад на предшественников нуклеиновых кислот в примитивных земных условиях.
История, кажется, не заканчивается Миллером; Похоже, никто не искал предшественников нуклеиновых кислот в примитивных земных условиях в течение очень долгого времени - что очень удивительно в этой быстро меняющейся фазе науки. Хотя есть сообщения о синтезе аденина в пребиотическом контексте.2 но важные сообщения о пребиотическом синтезе предшественников нуклеотидов были сделаны Сазерлендом.3 в 2009 г. и далее. В 2017 году исследователи4 смоделировали аналогичные восстановительные условия, которые использовали Миллер и Юри для получения азотистых оснований РНК, используя электрические разряды и мощные лазерные плазменные удары.
Если бы Миллер действительно думал о белке как о информационном полимере, тогда возникает вопрос: «Действительно ли белок является информационным полимером»? После почти полувека господства «центральной догмы» мы видим статью Кунина5 2012 года под названием «Сохраняется ли центральная догма? Пример тому - прион, неправильно свернутый белок, вызывающий болезнь. Почему неправильно свернутый прионный белок в организме не вызывает иммунный ответ и / или выводится из системы? Вместо этого этот неправильно свернутый белок начинает делать другие белки, похожие на него, такими же «плохими», как в случае болезни CZD. Почему «хорошие» белки неправильно свертываются / диктуются другим «плохим» белком и почему клеточный аппарат не останавливает это? Какая информация содержится в этом неправильно свернутом белке, которая «передается» другим подобным белкам, и они начинают действовать хаотично? Кроме того, прионы проявляют чрезвычайно необычные свойства, в частности исключительную устойчивость к лечению, которое инактивирует даже мельчайшие молекулы нуклеиновой кислоты, такие как ультрафиолетовое облучение высокой дозой.6. Прионы можно разрушить путем предварительного нагрева при температуре выше 100 ° C в присутствии детергентов с последующей ферментативной обработкой.7.
Исследования на дрожжах показали, что прионные белки обладают неупорядоченным прион-определяющим доменом, который запускает его конформационный переход от хорошего к «плохому» белку.8. Конформация приона формируется спонтанно с низкой частотой (порядка 10-6).9 и переключение в и из прионного состояния увеличивается в стрессовых условиях10. Мутанты были изолированы в гетерологичных прионных генах с гораздо более высокой частотой образования прионов.11.
Предполагают ли вышеупомянутые исследования, что неправильно свернутые прионные белки передают информацию другим белкам и, возможно, могут вернуться к ДНК, чтобы вызвать мутации в прионных генах? Генетическая ассимиляция прион-зависимой фенотипической наследственности предполагает, что это возможно. Однако до настоящего времени обратная трансляция (белок в ДНК) не была обнаружена и кажется весьма маловероятной из-за сильного влияния центральной догмы и потенциального отсутствия финансирования для таких усилий. Однако вполне возможно, что лежащие в основе молекулярные механизмы канала передачи информации от белка к ДНК полностью отличаются от гипотетической обратной трансляции и могут проявиться в какой-то момент времени. На этот вопрос сложно ответить, но, безусловно, свободный, неограниченный дух исследования - отличительная черта науки, а вступление в брак с догмой или культом - проклятие для науки и может запрограммировать мышление научного сообщества.
Ссылки:
1. Крик Ф., 1970. Центральная догма молекулярной биологии. Nature 227, 561–563 (1970). DOI: https://doi.org/10.1038/227561a0
2. McCollom TM., 2013. Миллер-Юри и другие: что мы узнали о реакциях пребиотического органического синтеза за последние 60 лет? Ежегодный обзор наук о Земле и планетах. Vol. 41: 207-229 (дата публикации тома май 2013 г.) Впервые опубликовано в Интернете в виде предварительного обзора 7 марта 2013 г. DOI: https://doi.org/10.1146/annurev-earth-040610-133457
3. Паунер М., Герланд Б. и Сазерленд Дж., 2009. Синтез активированных пиримидин-рибонуклеотидов в предбиотически приемлемых условиях. Природа 459, 239–242 (2009). https://doi.org/10.1038/nature08013
4. Ферус М., Пьетруччи Ф. и др., 2017. Образование азотистых оснований в восстановительной атмосфере Миллера – Юри. PNAS 25 апреля 2017 г. 114 (17) 4306-4311; впервые опубликовано 10 апреля 2017 г. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1700010114
5. Кунин, Е.В. 2012. Сохраняется ли центральная догма? .Biol Direct 7, 27 (2012). https://doi.org/10.1186/1745-6150-7-27
6. Беллинджер-Кавахара С., Кливер Дж. Э., Динер Т. О., Прусинер С. Б. Очищенные прионы скрепи устойчивы к инактивации УФ-облучением. J Virol. 1987, 61 (1): 159-166. Доступно онлайн на https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/3097336/
7. Langeveld JPM, Jeng-Jie Wang JJ и др., 2003. Ферментативная деградация прионного белка в стволе головного мозга инфицированных крупного рогатого скота и овец. Журнал инфекционных болезней, том 188, выпуск 11, 1 декабря 2003 г., страницы 1782–1789. DOI: https://doi.org/10.1086/379664.
8. Mukhopadhyay S, Krishnan R, Lemke EA, Lindquist S, Deniz AA: Нативно развернутый прионный мономер дрожжей принимает ансамбль разрушенных и быстро колеблющихся структур. Proc Natl Acad Sci US A. 2007, 104 (8): 2649-2654. 10.1073 / pnas.0611503104..DOI :: https://doi.org/10.1073/pnas.0611503104
9. Чернофф Ю.О., Ньюнам Г.П., Кумар Дж., Аллен К., Зинк А.Д.: Доказательства наличия мутатора белка в дрожжах: роль шаперона ssb, связанного с Hsp70, в образовании, стабильности и токсичности приона [PSI]. Mol Cell Biol. 1999, 19 (12): 8103-8112. DOI: https://doi.org/10.1128/mcb.19.12.8103
10. Халфманн Р., Альберти С., Линдквист С. Прионы, гомеостаз белков и фенотипическое разнообразие. Trends Cell Biol. 2010, 20 (3): 125-133. 10.1016 / j.tcb.2009.12.003.DOI: https://doi.org/10.1016/j.tcb.2009.12.003
11. Tuite M, Stojanovski K, Ness F, Merritt G, Koloteva-Levine N: Клеточные факторы, важные для образования прионов дрожжей de novo. Biochem Soc Trans. 2008, 36 (Pt 5): 1083-1087.DOI: https://doi.org/10.1042/BST0361083
