'' Центральная догма молекулярной биологии имеет дело с подробной передачей последовательной информации от ДНК к белку через РНК, от остатка к остатку. Он утверждает, что такая информация является однонаправленной от ДНК к белку и не может быть передана от белка ни к белку, ни к нуклеиновой кислоте '' (Crick F., 1970).
Стэнли Миллер провел эксперименты в 1952 году и еще один в 1959 году, чтобы понять и расшифровать происхождение жизни в исконной земной среде, и жил до 2007 года. В его время ДНК считалась важной биологической молекулой, фактически самой важной биологической молекулой с точки зрения информационного полимера. Однако Миллер, похоже, полностью упустил прямое упоминание «информационной молекулы, связанной с нуклеиновой кислотой» в своих работах и мыслях.
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
