Dogmaty biologii molekularnej w kryzysie (2)

Michał Ostrowski

Dogmaty biologii molekularnej w kryzysie * (2)

Chorąży wyjaśnia na czym polegał ów genocentryzm:

Determinizm genetyczny głosi, że geny są odpowiedzialne za wszelkie morfologiczne i fizjologiczne cechy organizmów żywych (w tym także wyższe funkcje układu nerwowego człowieka). Z chwilą odkrycia DNA jako materialnego nośnika informacji genetycznej zakodowanej w sekwencji nukleotydów i strukturze genów sformułowano parę dogmatów, które w miarę gromadzenia i pogłębiania wiedzy o molekularnej strukturze i funkcji komórek oraz organizmów żywych wymagają rewizji.

Autor przedstawia następnie listę dogmatów, które znalazły się pod ostrzałem herezji. Pierwszym i zasadniczym jest wspomniany wyżej centralny dogmat biologii molekularnej:

Pierwszy dogmat mówił, że instrukcja, jak ma być zbudowana cząsteczka białka, czyli przepływ informacji, jak mają być w nim uszeregowane aminokwasy, jest jednokierunkowy: od DNA przez rodzaj pośrednika – informacyjny RNA – do białka.

Dogmat ten jest zagrożony, ponieważ:

(...) okazało się, że w pewnych przypadkach przekaz informacji może mieć także kierunek odwrotny – od RNA do DNA. Czyli może następować synteza DNA według dyktatu RNA.

 (...)

Drugi dogmat głosił, że istnieje prosta zależność: jeden gen – jeden informacyjny RNA – jedno białko. Takie rozumowanie tłumaczyłoby prosty związek między genotypem (genetyczną konstytucją indywidualnej komórki lub organizmu) a fenotypem (strukturalnymi i funkcjonalnymi cechami komórki lub organizmu zależnymi od białka [...]). Ten dogmat w świetle nagromadzonej wiedzy również wymaga rewizji.

Jak wyjaśnia Autor, wymaga rewizji z czterech powodów:

1. Na podstawie informacji zawartej w jednym genie może powstać kilka różnych cząsteczek informacyjnego RNA.

2. Te cząsteczki RNA również ulegają dynamicznym przekształceniom. Chorąży wyjaśnia:

(....) cząsteczki RNA podlegają dalszym głębokim przekształceniom, które w już uformowanej cząsteczce RNA dokonują wymiany pewnych nukleotydów, dzięki czemu cząsteczka białkowa może się różnić od tej, jaką pierwotnie dyktował gen. Ponadto, ostatnio odkryto drobnocząsteczkowe RNA, które spisywane są z regionów DNA nie zawierających genów (z regionów uważanych za „ewolucyjny śmietnik” [...]), a które oddziałując z informacyjnym RNA dokonują głębokich jego przekształceń i regulują (a nawet znoszą) kodującą aktywność tych ostatnich. Co ciekawsze, z poziomu RNA wychodzą prawdopodobnie również instrukcje dla kompletnego wyeliminowania genu(-ów) z gry o kształt fenotypu. W sumie, na bazie jednego genu powstaje wiele różnych cząsteczek informacyjnego RNA, a także odbywa się kontrolowany proces modulowania ich aktywności, a nawet ich fizycznego zniszczenia. Cząsteczki RNA wyłaniają się więc jako drugi, pozagenowy, precyzyjnie regulowany, ważny poziom informacji genetycznej!

3. Trzeci poziom pozagenowej informacji sprowadza się do tego, że:

(...) białko kodowane przez określoną jedną cząsteczkę informacyjnego RNA ulega także następowym przeobrażeniom i oddziaływaniom, które zmieniają układ przestrzenny cząsteczki białka, a zatem i jej funkcję. W sumie powstaje wiele rodzajów białek decydujących o określonych cechach fenotypowych. Szacuje się, że jeśli u człowieka informacja genetyczna (genotyp) bazuje na kilkudziesięciu tysiącach (dokładnie jeszcze nie wiadomo) genów, to jego fenotyp zależy od wielu setek tysięcy rodzajów białek.

Interesujące jest, że to, o czym pisze Chorąży, było dla biologów wiadome już od końca lat 70-tych XX wieku – a więc niedługo od sformułowania biologicznych dogmatów. Dlaczego więc tak długo je utrzymywano jako bezdyskusyjne? Zjawisko, o którym m.in. wspomina Chorąży, tzw. alternatywnego splicingu było pierwszy raz zauważone przy replikacji wirusów w 1978 r., [1] a w komórkach ludzkich w 1981 r. [2] W alternatywnym splicingu oryginalna matryca genowej sekwencji jest cięta przez specjalne enzymy, niekodujące fragmenty (introny) są usuwane, a następnie fragmenty kodujące (egzony) łączone są ze sobą na wiele różnych sposobów, w wyniku czego może powstać więcej niż jeden rodzaj matrycowego RNA. Czyli na bazie jednego genu może powstawać wiele różnych białek, każde inne w swojej sekwencji aminokwasów od pozostałych i od sekwencji zakodowanej w oryginalnym genie. Obecnie wiemy, że na bazie jednego z genów występujący w komórkach wewnętrznego ucha kurczaka (i człowieka), o którym kiedyś myślano, że koduje jedno białko może powstawać 576 różnych białek – każde inne w swojej aminokwasowej sekwencji. [3] Najnowszy rekord w liczbie różnych białek kodowanych przez jeden gen dzierżony jest przez muszki owocowe, u których jeden z genów może wytwarzać do 38 016 wariantów białek. [4]

4. Wreszcie czwarty powód kwestionowania dogmatów:

(...) cząsteczka białka rzadko funkcjonuje w pojedynkę. Cząsteczki białkowe oddziałują między sobą, tworząc niezwykle złożoną sieć pozostającą w stanie dynamicznym. Dopiero taka niezwykle ruchliwa, to znaczy wymieniająca partnerów, a jednak bardzo stabilna funkcjonalnie sieć białkowa pozwala na uruchomienie szlaków metabolicznych i sygnalizacyjnych, generujących energię itd., i wreszcie – sieć kontrolującą regulację funkcji genów. Dopiero na tym poziomie realizowane są nieograniczone możliwości fenotypowe, w tym także rozwój embrionalny, morfogeneza i niezliczone funkcje komórek, narządów i organizmu. Wiemy też, że przynajmniej niektóre białka źle zaprojektowane przez zmutowane geny mogą podejmować prawidłowe funkcje wskutek oddziaływań z innymi białkowymi i niebiałkowymi cząsteczkami. Oznacza to, że na poziomie białkowym mogą zachodzić korekty struktury i funkcji białka, chociaż gen podaje złe instrukcje!