В чем содержатся нуклеиновые кислоты

belonogova

Научный стиль

vk.com/nauchstil

Итак, в прошлый раз мы увидели, как многократно раскопипащенный автор, пусть в нелепой и безграмотной форме, но всё-таки намекает на то, что азотистые основания нуклеиновых кислот в пророщенном зерне полезны для нашего здоровья.

Ничего не имею против проростков: в своё время проращивала с десяток различных культур, и всегда это было забавно, красиво и вкусно. Действительно, в прорастающем семени начинается синтез азотистых оснований и нуклеотидов de novo, т. е. с нуля, поскольку клетки активно делятся и требуется масса строительного материала для нуклеиновых кислот. Кишечник человека действительно способен всасывать азотистые основания и нуклеозиды, а проростки относятся к категории продуктов, относительно богатых нуклеотидами и азотистыми основаниями. В итоге меня интересует общий вопрос: нуклеотиды в пище — как к ним относиться?

Как-то, опробовав новый амплификатор, коллега в шутку хвастался, что теперь синтезированную ДНК он может хоть на хлеб намазывать. Естественно, это была только шутка. Он вовсе не собирался этого делать, чтобы «излечивать весь организм». Почему? Может, потому что кандидат биологических наук?

Получить чистую ДНК не сложно и в домашних условиях:

И будь она эликсиром жизни, можно было бы оздоравливаться с ее помощью сколько угодно.

Первым делом мне захотелось выяснить, что в реальности говорит наука на тему полезности нуклеиновых кислот и нуклеотидов в пище. Оказалось, что работы на эту тему действительно есть, хотя их не очень много, учитывая, что тема изучается давно. Сухой остаток многолетних копаний многочисленных исследователей таков: безнуклеотидная диета, возможно, слегка изменяет иммунный статус.

Надо сказать, что взрослый человек, способный кушать зерно, на безнуклеотидной диете явно не находится. При этом даже на безнуклеотидной диете в исследованиях не наблюдается снижения веса тела и размера лимфоидной ткани. Возможно, что слабое иммуномодулирующее действие вовсе не связано с питательными свойствами нуклеотидов, а идёт другими путями.

Иными словами, наука не знает причин, по которым среднему человеку стоило бы обогащать нуклеотидами еду. Он может спокойно жить даже на полностью безнуклеотидной диете. Почему так получается? Потому что организм человека способен синтезировать нуклеотиды сам. Он может усваивать нуклеозиды из продуктов питания, может использовать собственные нуклеотиды повторно, а компенсировать недостаток собственным синтезом de novo.

Кстати, не все с этим согласны. «Нуклеотиды мы ни откуда не получаем, если не употребляем живую пищу: сырые фрукты, овощи, зелень. », — гласит в интернете очередная «народная мудрость» вопреки устоявшимся медицинским фактам. Ее автор пополняет список лузеров.

Итак, в самом первом приближении схема нуклеотидного обмена выглядит следующим образом:

У здорового человека вся система работает нормально, и про нуклеотидный обмен он может спокойно забыть — это не его дело, организм и так обо всём позаботится.

Если же механизм нарушен на каком-то из этапов, то могут возникнуть проблемы. Разберем их, чтобы полнее оценить критичность ДНК как нутриента.

Недостаток нуклеотидов в организме клинически проявляется мегалобластной анемией: из-за нарушения синтеза ДНК активно делящиеся клетки-предшественники эритроцитов не могут завершить свой клеточный цикл.

Анемия может возникнуть, если нарушена способность к синтезу нуклеотидов. Один из вариантов такого нарушения — оротацидурия, когда в силу генетических причин существует избыточное выведение оротовой кислоты (вещества-предшественника пиримидиновых нуклеотидов). В этом случае больным действительно назначают прием пиримидиновых нуклеотидов. Однако оротацидурия — крайне редкое наследственное заболевание, которое проявляется еще в раннем детстве. До сих пор по всему миру описаны лишь считанные десятки (!!) случаев — это исчезающе мало. Поэтому я могу быть абсолютно уверена, что среди читателей моего блога нет ни одного страдающего дефицитом нуклеотидов вследствие такого ферментативного дефекта.

Зато не могу быть уверена насчет другого. Синтез нуклеотидов может страдать вследствие нарушения цикла фолата. Основная причина тут — дефицит двух витаминов: самого фолата (витамина B9) и/или кобаламина (витамина B12).

Фолат (B9) присутствует в широком спектре продуктов: фрукты, зелень, крупы, мясо, молоко, яйца, морепродукты. Он есть даже в пророщенной пшенице, хотя в хлебе его вдвое больше.

А вот кобаламин (B12) пока найден лишь в продуктах животного происхождения. Всем вегетарианцам этот факт изрядно портит жизнь в прямом и переносном смысле. B12 — единственное вещество, которое они вынуждены принимать в таблетках. Что здесь изменит поедание пророщенных зерен? B12 там нет. Проростки могут компенсировать «нуклеотидный голод» организма, но этим не удастся избавиться от остальных последствий авитаминоза, самое неприятное из которых — необратимое токсическое поражение нервных клеток. Усиленное потребление нуклеотидов с пищей приведет к тому, что авитаминоз проявится не анемией, а сразу неврологическими симптомами. Потому первое, что показано при явном дефиците B12, — немедленно к врачу за инъекцией витамина.

Гиповитаминоз по B12 — достаточно распространенное явление среди вегетарианцев, включая ово- и лактовегетарианцев. Есть такая странная поговорка: человек есть то, что он ест. И те вегетарианцы, которые не хотят стать «овощами» по итогам своей диеты, принимают B12.

В свою очередь, не-вегетарианцы могут спросить себя: насколько регулярно в их рационе присутствуют продукты животного происхождения (точнее, говяжего и рыбного происхождения, поскольку яйца и кура, например, не слишком богаты B12)? Стакан-другой молока в день? Или говяжья печень пару раз в неделю? Если да, то волноваться нечего.

Если нет, то стоит задуматься. Ибо гиповитаминозы, в отличие от страстей по ДНК, вещь куда более реальная.

Вот, например, результаты исследования NHANES в США:

Прежде всего отметим, что с возрастом уровень витамина в крови у людей снижается, а риск гиповитаминоза возрастает. И вспомним один из любимых аргументов якобы в пользу нуклеотидных пищевых добавок: мол, с возрастом нуклеотиды в нашем организме синтезируются всё хуже и хуже. При этом, конечно, о витаминах ни слова не говорится.

Верхние две строчки таблицы в сумме дают проценты, соответствующие клинической недостаточности витамина B12 (уровень ≤ 200 pg/mL). Это 3.2% людей в возрасте от 51 года и 1.5-1.7% людей в возрасте от 19 до 50 лет. И это в Штатах, где люди вообще-то кушают. При таком низком уровне витамина часто уже наблюдаются гематологические и неврологические симптомы, хотя люди могут долго их не замечать или игнорировать. Мы помним, однако, что возникающие при этом повреждения нервной системы не полностью обратимы.

Еще больше людей имеют концентрацию витамина в крови на уровне субклинической недостаточности (200–350 pg/mL). В возрастных группах от 19 лет таких людей более 20%. Субклиническая недостаточность бессимптомна, хотя при неврологическом обследовании у некоторых людей выявляются небольшие изменения.

Дефицит фолата (B9) встречается реже, но тоже встречается. Среди пожилых людей в Великобритании частота метаболически значимого дефицита составила 2-22% по B9 и 3-28% по B12 (везде риск явно возрастает с возрастом). В Мексике обследовали 2099 детей в возрасте от 1 до 6 лет и наблюдали частоту дефицита 3.2% по B9 и 7.7% по B12. Или, может, их тоже стоит покормить нуклеотидами, чтобы авитаминоз был не так заметен?

Еще раз, это реальные проценты, причем в странах, где люди достаточно обеспечены продуктами питания (США, UK) или действуют программы по обогащению продуктов питания фолиевой кислотой (Мексика). Если кто-то найдет данные о распространенности дефицитов B9 и B12 в России — буду признательна.

Этим вопросы синтеза нуклеотидов исчерпываются. И снова мы можем констатировать, что с синтезом всё в порядке у нормально питающегося и не испытывающего дефицита витаминов человека, и никаких причин искать внешние источники нуклеотидов у него нет.

Но остаётся еще один вопрос, как ни странно, не менее актуальный: в отдельных случаях избыток нуклеотидов может наносить организму вред.

Дело в том, что при разрушении излишка азотистых оснований (конкретно — пуриновых оснований) образуется мочевая кислота, а способность организма выводить её ограничена и часто бывает нарушена в силу разных причин (диета здесь играет далеко не главную роль). Когда организм не справляется, содержание мочевой кислоты в сыворотке крови повышается, и возникает состояние гиперурикемии.

Само по себе это состояние относительно безвредно и не имеет симптомов. Оно достаточно распространено: 10-50% населения в зависимости от региона (около 20% в США, около 25% в Китае, 49% на Сейшелах). Удалось даже найти совсем свежие данные по России: 17%. То есть можно утверждать почти наверняка, что среди моих читателей найдется обладатель бессимптомной гиперурикемии.

Не стоило бы вообще волноваться из-за какого-то бессимптомного состояния, но с возрастом гиперурикемия может стать причиной подагры — болезненного поражения суставов вследствие отложения в них мочевой кислоты, а также поражения почек.

Подагрой страдают 1-10% населения западного мира (7% в Великобритании, 4% в Штатах). В России сообщалось о частоте подагры 0.1%. Возможно, у нас еще всё впереди: со временем распространенность гиперурикемии растет, вместе с распространением вызывающих её факторов. Основные из них — алкоголь, фруктоза и содержащие её газированные напитки, ожирение и метаболический синдром, употребление диуретиков. На фоне этих факторов особенности диеты играют малозаметную роль, и тем не менее она есть: к подагре, например, предрасполагает высококалорийная диета с высоким содержанием мяса и морепродуктов. Соответственно, лечение гиперурикемии и подагры подразумевает диету с низким содержанием пуриновых нуклеотидов, из которой в том числе исключены молодые ткани растений и животных.

Девять из десяти случаев гиперурикемии связаны с нарушением выведения мочевой кислоты, в одном из десяти случаев причиной является избыток пуриновых оснований.

Токсический избыток пуриновых метаболитов может возникать в силу генетических причин, таких как слабость механизма повторной утилизации нуклеотидов («пути сбережения»), поломка в системе регуляции синтеза (синтез не прекращается, хотя нуклеотидов достаточно), нарушения обмена фруктозы. К этому ряду заболеваний относятся синдром Синдром Лёша-Нихена (частота при рождении от 1/380,000 до 1/235,000), тяжёлый комбинированный иммунодефицит в результате дефекта аденозиндеаминазы (ADA-SCID, частота при рождении между 1/200,000 и 1/1,000,000, частоты по данным базы Orphanet). Заболевания проявляются в раннем детстве. Они достаточно редкие, но всё же встречаются в миллионы раз чаще, чем нарушение синтеза нуклеотидов — вышеописанная оротацидурия.

Итак, собирая всё вместе:

1) Здоровому и полноценно питающемуся человеку нет причин отслеживать присутствие нуклеиновых кислот, нуклеотидов или азотистых оснований в пище — ни с целью увеличения их потребления, ни с целью избегания.

2) При патологии необходимость обращать внимание на содержание нуклеотидов в пище в основном связана с вредностью их избытка для организма, тогда как нарушение синтеза нуклеотидов чаще всего является симптомом дефицита витаминов B9 и/или B12.

3) Самое главное в важных вопросах, — таких как характер питания, но и не только, — не лениться разбираться в них глубоко и ещё глубже, чем это сделано в моем посте.

Источник

Нуклеиновые кислоты

Где же содержатся нуклеиновые кислоты? Они есть в овощах, фруктах, зелени, но особенно их много в любых семенах, семечках, орехах, зернах, бобах. И если женщинам в день достаточно съедать горсть любых семечек (лучше в пророщенном виде) или 3-4 грецких ореха, то мужчинам – 2-3 горсти семечек и 5-7 орехов. Поэтому женщины, если они хотят видеть своих мужчин здоровыми, должны готовить им блюда, содержащие нуклеиновые кислоты и вещества, необходимые для их синтеза. Вот несколько кулинарных рецептов.
Печеные баклажаны с орехами
500 г баклажанов, 1 головка репчатого лука, 2 зубчика чеснока, 0,5 стакана ядер грецких орехов, по 0,5 ч. ложки кориандра и хмели-сунели, 1 ч. ложка шафрана, петрушка, сельдерей, кинза, укроп, стручковый перец (по вкусу), винный уксус.
Баклажаны испечь на рассекателе в духовке, затем размять вилкой. Лук и зелень мелко нарезать. Истолочь орехи, кориандр, чеснок с солью, перец, хмели-сунели, шафран, добавить нарезанные зелень и лук, уксус. Баклажаны смешать с полученной массой и посыпать зеленью.

Тыква с орехами и медом
1 небольшая тыква, 1 стакан ядер грецких орехов, 2 ст. ложки меда.
Тыкву вымыть, нарезать ломтиками, очистить от кожуры и семян, положить в кастрюлю с кипятком, варить 20 минуте. Затем остудить, нарезать мелкими кусочками, выложить в салатник. Двумя стаканами отвара тыквы развести мед, добавить орехи. Полученным соусом полить тыкву.

Источник

Нуклеиновые странники

Что представляют собой свободные, т. е. внеклеточные нуклеиновые кислоты? Для обитающих в почве и в морских отложениях бактерий это – источник азота и фосфора, а для инфицированной патогеном клетки – сигнал «опасность!»

Но, как было выяснено в последние десятилетия, функции и роль нуклеиновых «странников» на этом далеко не исчерпываются. И с каждым годом мы узнаем все больше об этих молекулах, которые во многом определяют функционирование биологических систем, от клетки до популяции

Нуклеиновые кислоты, ДНК и РНК, несут информацию о строении, развитии и размножении всех клеток живого организма, поэтому неудивительно, что клетки тщательно оберегают эти структуры от действия потенциально опасных внешних факторов. Так, у бактерий геномные ДНК компактно упакованы с помощью специальных белков и защищены от окружающей среды прочной клеточной стенкой; в клетках высших организмов ДНК хранится в клеточном ядре в составе сложных структур – хромосом.

Долгие годы считалось, что за пределы клетки нуклеиновые кислоты выходят лишь в случае смерти последней. Конечно, было известно, что у бактерий в ходе размножения ДНК переносится из одной клетки к другой, но и в этом случае она перемещается не свободно, а внутри специального белкового комплекса. Даже ДНК и РНК «условно живых» вирусов, представляющих собой автономные генетические программы, перемещаются во внеклеточном пространстве, упакованные в специальные транспортные структуры.

Однако исследования последних лет показали, что «свободные», т. е. внеклеточные нуклеиновые кислоты встречаются в больших количествах не только в таких природных системах, как почва, но и непосредственно в живых организмах. Какую же роль играют и какие специфические функции выполняют эти нуклеиновые кислоты, находящиеся «в свободном плавании»?

Генетическая «интервенция»?

Нуклеиновые кислоты – довольно стабильные полимерные молекулы, поэтому они могут сохраняться в естественной среде длительное время после гибели организма. Так, в костной ткани относительно длинные фрагменты ДНК остаются практически неизменными в течение десятков тысяч лет (!), что делает возможным проведение палеогенетических исследований, таких как расшифровка генома мамонта или неандертальца.

В почве, где ДНК растительного и бактериального происхождения может сохраняться месяцами и даже годами, ее концентрация достигает 2 мкг/г (Niemeyer, Gessler, 2002). Интерес к такой ДНК сегодня подогревается проблемой генетически модифицированных организмов, ведь после гибели таких растений в окружающую среду попадает рекомбинантная ДНК. Имелись опасения, что подобные «модифицированные» гены будут ассимилироваться почвенными бактериями и переноситься в другие организмы путем так называемого горизонтального переноса генов – своего рода «параллельной» эволюции, характерной для микроорганизмов. Однако прямых доказательств переноса генетической информации от генно-модифицированных растений к бактериям на сегодня нет, и вообще вероятность такого процесса в природных условиях крайне мала.

Но иногда горизонтальный перенос ДНК становится реальным источником проблем. Речь идет о бактери­альных пленках (так называемых биофильмах), которые образуются на твердых поверхностях, в том числе на поверхности эндопротезов, зубов (вызывая кариес), а также на стенках бронхов при бронхитах и пневмониях.

Такие пленки состоят из размножающихся бактерий, связанных между собой и с поверхностью полимерным гидратированным веществом из смеси полисахаридов, белков, ДНК и РНК (Nishimura et al., 2003). Причем нуклеиновые кислоты появляются в межклеточном веществе биофильмов не только за счет гибели бактерий, но и в результате специального секреторного процесса, который стимулируется совместным «культивированием» различных видов бактерий (Hamilton et al., 2005). Эти ДНК могут достаточно легко переносится от одной бактерии к другой, поэтому биофильмы – настоящая головная боль терапевтов: входящие в состав пленок болезнетворные бактерии не только скрываются там от действия опасных факторов, но и успешно эволюционируют за счет генетического обмена в устойчивые (в том числе к антибиотикам) штаммы.

Что касается потребления ГМО человеком, то в наш организм ежедневно с пищей попадает значительное количество чужеродных ДНК различного происхождения. Известно, что у людей, потребляющих в пищу генно-модифицированную сою – самый распространенный трансгенный продукт, специфичный трансген успешно переваривается в желудочно-кишечном тракте (Netherwood et al., 2004).

Однако со «съеденными генами» так проиходит не всегда. Как показали исследования на лабораторных животных, фрагменты ДНК из переваренной пищи спустя двое суток после кормления могут попадать в кровь и задерживаться в клетках печени и селезенки (Hohlweg et al., 2001). Однако в клетках животных не происходит считывания соответствующей РНК и синтеза белков, кодируемых растительными генами. Это справедливо и в отношении трансгенной ДНК, что подтверждается результатами эксперимента по кормлению лабораторных мышей ГМО-продуктами в течение восьми поколений (там же).

Таким образом, непосредственной опасности, связанной с употреблением трансгенных продуктов, на сегодняшний день не выявлено. Безусловно, в процессе эволюции должны были появиться механизмы, защищающие клетки от вторжения чужеродной ДНК, столь широко распространенной в окружающей среде.

Тем не менее отношения между нами и тем, что мы едим, не так просты. Судя по результатам последних исследований, в организмах животных РНК растительного происхождения могут сохранять свою биологическую активность! Так, китайским исследователям удалось обнаружить в клетках желудочно-кишечного тракта и затем в крови лабораторной мыши и человека микроРНК из пищи (риса и растений семейства крестоцветных), причем в значительных концентрациях. Эта чужеродная микроРНК оказалась способна подавлять экспрессию одного из генов, кодирующего белок рецептора липопротеина низкой плотности (Zhang et al., 2012).

На пути агрессоров

Живые клетки не только заботливо охраняют свои генетические программы, но и активно борются с чужими. При заражении вирусами или бактериями первая реакция клетки-хозяина состоит в распознавании и уничтожении чужих нуклеиновых кислот; либо зараженная клетка включает механизмы самоликвидации, чтобы не допустить размножения инфекционных агентов в целом организме.

Система врожденного неспецифического иммунитета, которая реагирует на генетически чужеродные молекулярные субстанции, сформировалась еще на ранних этапах эволюции многоклеточных организмов. Она способна распознать «чужака» по наличию в его РНК или ДНК определенных консервативных последовательно­стей нуклеотидов. В ДНК бактерий такой узнаваемой последовательностью являются участки, содержащие шестизвенные кластеры цитозин–гуанин–динуклеотидов (CpG). В отличие от млекопитающих у бактерий такие последовательности не метилированы.

Когда фагоцитирующие иммунные клетки (макро­фаги, нейтрофилы, эозинофилы и т. д.) разрушают оболочку бактерии, неметилированные CpG становятся «видны» для толл-подобных (TLR) рецепторов фагоцитов, способных распознавать чужеродные нуклеиновые кислоты. Активация внутриклеточного рецептора TLR9 запускает цепочку молекулярных событий, определяющих дальнейшее развитие иммунной реакции. Происходит активация В- и Т-лимфоцитов, которые начинают усиленно вырабатывать специальные вещества – цитокины, координирующие развитие воспалительного процесса; усиливается продукция иммуноглобулинов (Hacker et al., 2002). И, наконец, на последнем этапе происходит выработка антител, специфичных к патогену.

При вирусной инфекции сигналом опасности для иммунной системы служит наличие характерной для вируса двуцепочечной РНК («обычная» для клетки РНК, в отличие от ДНК, состоит из одной цепочки нуклеотидов). Такая РНК либо присутствует в составе вирусных частиц, либо появляется в зараженной клетке в процессе размножения вируса.

Узнавание двуцепочечной РНК как сигнала опасности опосредуется поверхностным фагоцитарным рецептором TRL3, который и запускает сигнальный каскад, активирующий усиленный синтез противоспалительных белков-интерферонов (Yu et al., 2011). Последние, специфически связываясь с клеточными рецепторами, активируют работу определенных генов, ответственных за противовирусный ответ. Например, ген, кодирующий фермент РНК-зависимую протеинкиназу (PKR), который индуцирует апоптоз (клеточное самоубийство), либо белковый комплекс OAS/RNAseL, который угнетает процессы репликации и трансляции вирусной РНК и т. д.

В конечном итоге зараженная вирусом клетка обычно теряет способность к делению и синтезу белков, а зачастую и вовсе элиминируется из организма.

Другой типичной реакцией зараженной клетки, которая активируется проникновением вирусной двуцепочечной РНК, является РНК-интерференция – лавинообразный процесс, приводящий к расщеплению чужеродной РНК и выключению вирусных генов.

Своя рубашка ближе к телу

Все вышесказанное относилось к так называемым экзогенным нуклеиновым кислотам, чужеродным по отношению к организму. Однако достаточно давно было обнаружено присутствие в крови животных и человека, а также в тканях растений, эндогенных, т.е. собственных внеклеточных ДНК и РНК.

У высших растений внеклеточные РНК могут перемещаться между соседними клетками и транспортироваться до отдаленных органов и тканей через флоэму – проводящую сосудистую ткань, которая обеспечивает нисходящий транспорт органических веществ (продуктов фотосинтеза) из листьев к другим органам. Это было доказано в экспериментах по пересадке частей растений; был также обнаружен особый белок флоэмы, связывающий одноцепочечные РНК и способствующий их переносу как между соседними клетками, так и через фильтрующие структуры флоэмы.

У млекопитающих внеклеточные ДНК представляют собой популяцию молекул размером от 180 до 3500 пар нуклеотидов. Один из источников их появления – клетки, разрушающиеся по механизму апоптоза или некроза­ (Jahr et al., 2001). Так погибают клетки опухолей, а также пострадавшие в результате травм, инфаркта миокарда, интенсивного воспалительного процесса и даже в результате интенсивной физической нагрузки.

Однако внеклеточные ДНК и РНК активно секретируются и вполне «живыми», функционирующими клетками. В том числе внеклеточная ДНК опухолевого происхождения появляется в крови на ранних этапах канцерогенеза, когда некроз и апоптоз в опухоли практически не наблюдаются. Известно, что при культивировании некоторые клетки человека (например, эндотелиоциты пупочной вены и периферические лимфоциты) секретируют ДНК в инкубационную среду (Morozkin et al., 2004). Кроме того, в процессе появления свободных нуклеиновых кислот участвуют фагоциты, которые поглощают продукты разрушения клеток, а затем повторно их секретируют уже в «переваренном» виде.

На концентрацию внеклеточных ДНК и РНК влияет работа специальных расщепляющих ферментов, которых в крови предостаточно, и ДНК спасает лишь то, что вне клеток она появляется в комплексах с белками (например, с гистонами в виде нуклеосом) либо заключенная в мембранные структуры (экзосомы, микрочастицы и апоптотические тельца) (Stroun, 2000).

У некоторых примитивных животных, таких как паразитическая нематода C. elegans, интерферирующие РНК распространяются по всему организму за счет транспорта специальным белком sid-1 (Feinberg et al., 2003). У млекопитающих такие РНК переносятся в комплексах с белками, участвующими в РНК-интерференции, или с липопротеинами высокой плотности («хорошим холестерином») (Vickers et al., 2011). Попадая в кровь, содержащие нуклеиновые кислоты комплексы могут связываться с белками плазмы или клеток крови – эритроцитов и лейкоцитов.

Все эти структуры захватываются как близлежащими, так и сравнительно удаленными от секретирующей «родительницы» клетками. Механизмы проникновения нуклеиновых кислот в клетки до сих пор во многом остаются загадкой, так как фосфолипидные клеточные мембраны являются барьером для их пассивной диффузии внутрь клеток. Ключевую роль в этом процессе играет взаимодействие «транспортных средств» – везикул и белковых комплексов, с поверхностными белками самой клетки. (Хотя есть свидетельства, что в некоторых случаях возможно также узнавание и захват «голой» нуклеиновой кислоты).

На благо.

Внеклеточные нуклеиновые кислоты, синтезируемые в организме и участвующие в общей циркуляции (особенно это относится к РНК), играют важнейшую сигнальную роль в локальной и отдаленной регуляции развития органов и тканей, обеспечивая слаженную работу клеток в многоклеточных организмах.

Так, в экспериментах по выявлению факторов, регулирующих клеточную дифференцировку и тканевый морфогенез, были открыты РНК-белковые комплексы, названные ангиотропинами. РНК этих комплексов представляют собой высокомодифицированные короткие (длиной до 200 нуклеотидов) последовательности. Взаимодействие таких молекул с белками в присутствии ионов металлов (Cu, Ca, Na, K) приводит к образованию комплексов, которые выступают в роли противоспалительных факторов (цитокинов) и как регуляторы дифференцировки клеток, выстилающих капилляры, при формировании этих структур (Wissler, 2004).

В последние годы огромное внимание уделяется изучению микроРНК – коротких (19—24 нуклеотида) одноцепочечных или двуцепочечных («незрелая» форма) молекул, которые участвуют в подавлении экспрессии собственных генов клетки по механизму РНК-интерференции. Еще совсем недавно эту специфическую регуляцию синтеза белков было принято считать явлением локального, внутриклеточного масштаба. Однако в последние годы было показано, что активные интерферирующие микроРНК в значительных концентрациях присутствуют в общей циркуляции вопреки высокой активности внеклеточных ферментов, расщепляющих РНК.

Перенос микроРНК между клетками может способствовать формированию самых разных физиологических эффектов, от регуляции иммунного ответа до миграции клеток. У беременной женщины микроРНК, секретируемые тканями эмбриона (правда, это фактически чужеродная для организма РНК), могут участ­вовать в адаптации материнского организма к беременности (Mincheva-Nilsson et al., 2010), а микроРНК материнского молока, в свою очередь, – в развитии иммунной системы ребенка (Kosaka et al., 2010).

Транспортируемые в экзосомах матричные и микроРНК могут защищать клетки от апоптоза и стимулировать их деление. Как оказалось, именно этот факт объясняет благотворные эффекты инъекций стволовых клеток в поврежденные органы. Ранее считалось, что стволовые клетки дают в поврежденных органах начало новой ткани, а оказалось, что все дело в продуцируемых ими экзосомах, которые помогают выживать и размножаться собственным клеткам поврежденной ткани (Biancone et al., 2012).

Как показали эксперименты, «коктейль» из мРНК и/или микроРНК можно использовать для достижения и «обратного» эффекта: с их помощью можно получить индуцированные стволовые клетки из уже дифференцированных клеток (например, фибробластов) (Jayawardena et al., 2012).

. и во вред

Однако способ межклеточных взаимодействий путем обмена нуклеиновыми кислотами может быть использован и во вред организму. Так, клетки опухолей (например, глиобластом) активно секретируют экзосомы, содержащие микроРНК, которые влияют на клетки стенок кровеносных сосудов и способствуют успешному распространению метастазов (Skog et al., 2008). (Кстати сказать, аналогичным образом может действовать и экзогенная микроРНК: в геноме вируса Эпштейна-Барра закодированы микроРНК, которые, будучи секретируемыми в составе экзосом зараженной клеткой, проникают в окружающие клетки и нарушают экспрессию цитокина, ответственного за активацию клеточного иммунного ответа (Pegtel et al., 2010)).

И это далеко не единственный пример негативного воздействия внеклеточных нуклеиновых кислот. Так, в ряде случаев в развитии патологических процессов непосредственно участвует внеклеточная ДНК. Наиболее известная болезнь такого типа – системная красная волчанка. При этом аутоиммунном заболевании в организме появляются патогенные антитела против собственной ДНК (Rumore et al., 1990). Эти антитела образуют с внеклеточными ДНК комплексы, которые способствуют развитию воспалительных реакций. Считается, что толчком к развитию болезни могут быть нарушения механизмов, регулирующих уровень циркулирующих ДНК, поскольку у многих больных отмечено снижение активности фермента, разрушающего ДНК, и фагоцитов, ее утилизирующих (Napirei et al., 2006).

Поскольку клетки способны захватывать продукты клеточного распада, была выдвинута гипотеза о возможности ракового перерождения клеток вследствие переноса генов из опухолевых клеток, погибших в результате апоптоза. По такому механизму рак мог бы, как инфекционное заболевание, передаваться через кровь от клетки к клетке пораженного организма, формируя отдаленные и соседние метастазы.

В соответствии с этой гипотезой «генометастазов», рак распространяется в организме за счет циркуляции ДНК (или апоптотических телец), а не опухолевых клеток (Garca-Olmo et al., 2012). И хотя эта гипотеза пока не получила четкого экспериментального доказательства, полностью отвергать ее нет оснований.

Все имеющиеся на сегодня данные однозначно свидетельствуют об огромной биологической значимости внеклеточных нуклеиновых кислот. Согласно самым смелым представлениям они являются не просто сигнальными молекулами, а важным действующим звеном механизмов, работающих как на организменном, так и на популяционном и, в конечном итоге, эволюционном уровне.

Генометастазы, горизонтальный перенос генов, перепрограммирование соседних клеток, даже перенос внеклеточного «генома» в следующие поколения в обход неодарвинистских механизмов наследования – все эти на первый взгляд фантастические явления будут, безусловно, детально изучаться в ближайшее десятилетие наряду со ставшими уже традиционными исследованиями источников, причин и механизмов появления нуклеиновых кислот-«путешественников».

Черноловская Е. Л. РНК-интерференция: клин клином… // НАУКА из первых рук. 2008. № 1 (19). С. 54—59.

Rykova E. Y. et al. Cell-free and cell-bound circulating nucleic acid complexes: mechanisms of generation, concentration and content // Expert Opin Biol Ther. 2012 Suppl 1. P. 141—153.

Vlassov V. V., Pyshnyi D. V., Vorobjev P. E. Nucleic acids: structures, functions, and applications. In Handbook of nucleic acids purification, Ed. D. Liu, Boca Raton, CRC Press, 2009.

Источник