Кто листает книгу генов?

В настоящее время никто не отрицает огромного значения для реализации наследственной информации процессов, связанных с работой генов: разные фазы жизненного цикла у одноклеточных, разные этапы индивидуального развития высших организмов связаны с синтезом разных белков, с работой разных групп генов. Вопрос в том, носит ли эта связь односторонний характер, или же имеет место обратная связь, причем играющая немаловажную роль?

Триумфы и трагедии мировой генетики не поколебали уверенности сторонников идей молекулярного редукционизма в абсолютности первого мнения. Однако факты свидетельствуют, что реальность сложнее, что генетические процессы не только управляют, но и управляются процессами обмена веществ в живых организмах.

Выделяют несколько уровней контроля процессов синтеза белков в клетках высших организмов: контроль транскрипции отдельного гена, контроль процессинга, контроль «судьбы» первичного транскрипта (РНК), контроль транспорта сформировавшихся (зрелых) матричных РНК, селекция мРНК на рибосомах, регуляция высших структур сформировавшихся белков, контроль за работой и контроль деградации мРНК и белков.

Более-менее изучен пока вопрос о контроле транскрипции (Е. Дерман). О других этапах регуляции генетических процессов сведения более чем скудные. «Мы далеки от понимания механизмов регуляции активности генов», - констатируют А. А. Нейфах и Е. Р. Лозовская, подчеркивая, что и этап транскрипции изучен явно недостаточно. Общепризнанные модели Бриттена - Дэвидсона, Г. П. Георгиева, А. Гирера и других не имеют достаточных экспериментальных обоснований (Н. П. Мертвецов). Тем не менее некоторые существенные моменты можно считать установленными.

Стало очевидно, что механизмы активации (индукции) и репрессии генов принципиально одинаковы как у низших, так и у высших организмов. В регуляторной системе высших форм имеются лишь дополнительные «этажи» и компоненты. Например, появляются специальные белки (гистоны и кислые белки), которые участвуют в регуляции транскрипции. В 1961 году Ж. Жакоб и М. Моно на основе генетического и биохимического анализа явлений индукции и репрессии у одноклеточных организмов сформулировали ныне широко признанную теорию регуляции синтеза ферментов.

Примерно в это же время П. Карлсон формулирует представление о том, что важнейшее значение в этой регуляции имеют гормоны - биологически (морфогенетически) активные вещества различной химической природы. В частности, была принята во внимание способность экдизона - соединения из группы стероидов индуцировать формирование пуффов - вздутий участков хромосом. Эти вздутия, как подтвердили работы Е. Шрего, Г. Вебера и других исследователей, соответствуют местам активации синтеза белков.

На примере гормона экдизона было установлено, что он действует на гены опосредованно. Сам гормон лишь изменяет условия проницаемости мембран для ионов натрия и калия (X. Крегер), а уже изменение ионного баланса в клетке стимулирует активацию того участка хроматина, около которого произошло изменение параметров ионной среды. Так же действует и растительный гормон гиббереллин, регулирующий образование и высвобождение ферментов, ответственных за расщепление крахмала (А. Гэлстон).

Но что именно происходит вслед за изменением ионных параметров? Оказывается, что увеличение концентрации ионов натрия сверх определенного предела вызывает резкую деконденсацию («раскручивание») хроматина. Это проявляется в набухании хромосом, отщеплении гистонов. Доказательством, что именно параметры клеточной среды, в том числе ионные, определяют возможность транскрипции, служит тот факт, что в живых тканях соотношения между разными подклассами гистонов тесно коррелируют с содержанием ионов натрия.