Кралската академия на науките на Швеция обяви вчера носителя на Нобеловата награда за 2006 в областта на химията. Наградата се дава на американеца Роджър Корнбърг от Университета в Станфорд за изследванията му в областта на транскрипцията при еукариотните организми. Разкривайки пространствената структура на ензимния комплекс, наречен РНК полимераза, Корнбърг допринася за изследванията на преноса и интерпретацията на генетичната информация в клетката.
Транскрипция
Дезоксирибонуклеиновата киселина, или за по-кратко ДНК, е носителят на наследствената информация и на набора от инструкции за създаване на новия индивид в повечето живи организми. Изпълнението на инструкциите за функционирането на клетката започват с презаписването им от ДНК на междинен носител, молекули РНК (рибонуклеинова киселина) – процесът се нарича транскрипция. РНК от своя страна служи като основна схема за синтеза на белтъчните молекули в клетката – преводът на наследствената информация от езика на нуклеиновите киселина на езика на белтъците се нарича транслация. Транскрипцията и транслацията са сложни процеси, регулирани от множество белтъчни фактори и съпроводени с разхода на много енергия. Двата процеса са функционално свързани и зависими един от друг, и се намират в основата на живота.
Транскрипцията при еукариоти и прокариоти
Протичането на транскрипцията и транслацията е различно при бактериите и при човека. Бактериите нямат обособено ядро, това са т. нар. прокариоти. Преносът на наследствената информация от ДНК към белтъка при тях протича по значително по-лесен механизъм. При организмите, чиито клетки притежават обособено ядро, т. нар. еукариоти, към които спадат всички останали живи организми от дрождите до човека, транскрипцията и транслацията са пространствено разделени. Транскрипцията се извършва в ядрото на клетката от три различни вида РНК полимерази. Регулацията на преноса на информацията от ДНК към РНК при тях става по много сложен начин, който съответствува на по-сложната им структура. Особено комплексен е механизмът на регулация на транскрипцията при многоклетъчните организми, където всяка клетка има собствена, високо специализирана роля и при които функцията на всяка една от тях трябва да е подчинена на нуждите на организма като цяло. Всички клетки в даден многоклетъчен организъм съдържат една и съща ДНК и носят една и съща генетична информация. Разликите между тях се дължи на различната активност на гените във всеки даден момент от живота – някои гени са активни и служат като матрица за синтеза на РНК и съответно белтъци, казваме, че се експресират, други не участвуват в преноса на генетичната информация. Така например в клетките на кожата е активен генът за кератин, а в тези на стомашната лигавица генът за храносмилателния ензим пепсин. Експресията на гените се регулира с помощта на изключително сложни механизми, върху разшифроването на които учените работят от години. Знае се, че регулацията на транскрипцията става с помощта на регулаторни участъци от ДНК и специфични транскрипционни фактори – белтъчни молекули, които пренасят към ядрото на клетката информация от външната среда или вътре от самата клетка и “казват” на съответните гени да работят или не в зависимост от нуждите на клетката и организма като цяло. Системата от транскрипционните фактори в многоклетъчните организми е много сложна и отразява вида на клетката в която действат, жизнените процеси в които участвуват и вида на гените, които регулират. Залавяйки се за регулаторните участъци на гените, транскрипционните фактори въздействат върху РНК полимеразата.
РНК полимеразата пред фото-обектива
Заслугата на Роджър Корнбърг се състои в изясняване на структурата на РНК полимеразата – ензимният комплекс, който стои в основата на процеса на транскрипция. Той успява буквално да снима ензимния комплекс в действие като по този начин ни позволява да добием точна представа за пространствената координация на сложния процес на синтез на РНК на базата на ДНК матрицата. Разбира се, тук не става дума за стандартна снимка. За изследване на макромолекули, каквито са белтъците, белтъчните комплекси и нуклеиновите киселини, учените използуват днес специална технология – рентгенова кристалография. Кристали, изградени от изследваните молекули се бомбардират с рентгенови лъчи, като в зависимост от начина, по който лъчите преминават между атомите в кристала, учените добиват представа за структурата на изследваните молекули. Корнбърг успява по много елегантен начин да снима РНК полимеразния комплекс по време на самата тарнскрибция, така че на снимката се виждат както ДНК матрицата, така и нарастващата верига на ново-синтезираната РНК. Нещо повече, той установява начина, по който транскрипционните фактори регулират активността на ензимния комплекс. Оказва се, че тяхното въздействие не е директно – тук е необходимо посредничеството на друг един сложен белтъчен комплекс, наречен Медиатор. За разлика от транскрипционните фактори, които са специфични за всеки ген, Медиаторът и РНК полимеразата са в повечето случаи еднакви за всички гени. Така на практика РНК полимеразата и Медиаторът са част от универсалния механизъм на транскрипция, анеговата специфичност за нуждите на всеки различен ген се придава от транскрипционните фактори.
Значение на работата на Корнбърг
Процесът на транскрипция е в основата на живота. Без постоянния е навременен превод на генетичната информация, който той осигурява, животът на клетката би бил немислим. Редица болести, сред които възпалителни процеси, сърдечно съдове заболявания, рак и т.н. са свързани с грешки в регулацията на транскрипцията на дадени гени. Изследването на особеностите на този сложен процес и изясняването на механизмите, които са в основата на контрола му, биха допринесли много за разработката на нови лекарства и методи на лечение. Регулацията на процеса на транскрипция е и ключов момент при работата със стволови клетки, на които се възлагат много надежди за лечение на едни от най-тежките заболявания при хората.
Любопитно
Роджър Корнбърг получава Нобеловата награда 47 години след своя баща – Артър Корнбърг. Корнбърг старши е лауреат на Нобеловата награда за медицина и физиология за 1959 година за изясняване процеса на биологичния синтез на нуклеинови киселини.