Транскрипція vs. трансляція або

progenes — 18.03.2014 кошмар дослідника експресії генів.

Бурхливий розвиток різноманітних -омік (геноміки, транскриптоміки, протеоміки, метаболоміки, феноміки тощо) поступово накопичив критичну масу нових свідчень, які, з одного боку, розширюють горизонти, а з іншого, навпаки, прикручують полум"я зайвого оптимізму. Зараз поясню, але обмежусь для початку транскриптомікою і протеомікою. Суфікс -омік перекладається як -офіга.

Отже, задля розминки згадаєм центральну догму молекулярної біології. Якщо коротко, то з ДНК зчитується РНК, а на РНК синтезується білок.

Дослідження матричної, або інформаційної РНК (є ще інша РНК, яка в нашій історії великої ролі не відіграє) - її кількості, якості або динаміки змін - називають транскриптомікою (бо інформаційні РНК часом називають транскриптами) або вивченням експресії генів. Це взаємозамінювані терміни.

Всю матричну РНК можна ізолювати з певної тканини в первний час розвитку, а далі дослідити з якого саме гену і в якій кількості вона насинтезувалась. Є декілька базових методів (qRT-PCR, micro-array (біочіпи) та секвенування) та безліч варіацій. Найпотужніші методи - це біочіпи та секвенування, які дають змогу побачити одночасно всі, або майже всі гени, що включились в певний момент часу в окремій клітині або тканині.

Подібно, тобто кількісно і якісно, досліджується білковий склад клітини, саме тих білків, що насинтезувались з вищеозначеної РНК. Цим займається протеоміка. Так само можна визначити, продуктом якого гену вони є. І, подібно до транскриптоміки, існує цілий ряд методів дослідження кількісного і якісного складу великої кількості білків одночасно - різні комбінації на кшалт двовимірного електрофорезу та мас-спектрометрії або імунохімії з хроматографією. Методи протеоміки набагато складніші в порівнянні з транскриптомікою, оскільки різні білки мають різні фізико-хімічні властивості, крім того, один і той самий білок може модифікуватись і також набувати різних якостей ще "за життя".

Оскільки методи транскриптоміки на порядок простіші і дешевші, дослідники експресії генів перші святкували пишний розквіт своєї галузі. Вважалось, що кількість РНК корелює з кількістю функціонального білку, тому спостереження включеного гену на рівні РНК дає нам приблизне уявлення про роботу цього гену. Вчені закатали рукави і давай розглядати все, до чого тільки можна дотягнутись, включаючи мозок співочих птахів.

Втім, постійно з"являлись окремі свідчення, що є виключення з цієї кореляції. Як правило, це були експерименти з окремими генами. Тому, дискутуючи результати експресії генів, особливо ретельні дослідники робили реверанс у сторону невизначенності: можливо, що ефект, що ми спостерігаємо можна інтерпретувати інакше.

В минулому році вийшла велика робота, де порівнювались результати транскриптоміки і протеоміки під час розвитку насіння кукурудзи. Виявилось, що кількість РНК і білку слабо корелює. Спостерігається ефект, коли білок є і його багато, а от РНК, з якої він насинтезувався, майже нема.
Це має декілька пояснень: час життя РНК в порівнянні з білком менший або ж білок транспортувався з іншої тканини, де він синтезувався.
Є ряд прикладів, де кореляція між кількістю РНК та білку цілком пристойна. Це стосується ферментів первинного метаболізму.
Але такої кореляції майже нема, коли мова йде про компоненти передачі внутрішньоклітинного сигналу, що регулюється синтезом гормонів і сприйняттям гормонального сигналу. Це робить і так вкрай складну гормональну картину ще більш заплутанішою.
Корелятивна проблема стосується не тільки кількісних характеристик, а також і якісних. Як я вже вище зазначила, в самій клітині білки модифікуються і змінюють свої якості, функції і роль і це зовсім не пов"язано з кількістю РНК.

Отже до повної картини "від генів до фенотипу" у нас попереду невеличка галактика.


Русская версия

кошмар исследователя экспрессии генов.

Бурное развитие различных - омик* ( геномики, транскриптомикы, протеомики, метаболомики, феномикы т.д. ) постепенно накопил критическую массу новых свидетельств, которые, с одной стороны, расширяют горизонты, а с другой, наоборот, прикручивают фитилек излишнего оптимизма. Сейчас объясню, но ограничусь для начала транскриптомикой и протеомикой.

*Суффикс - омик переводится как -офига.

Для разминки вспомним центральную догму молекулярной биологии. Если коротко, то с ДНК считывается РНК , а на РНК синтезируется белок.

Исследования матричной, или информационной РНК ( есть еще другая РНК , которая в нашей истории большой роли не играет ) - ее количества, качества или динамики изменений - называют транскриптомикой (поскольку информационные РНК иногда называют транскриптами ) или изучением экспрессии генов. Это взаимозаменяемые термины.

Всю матричную РНК можно изолировать из определенной ткани в определенноее время развития, а затем исследовать с какого именно гена и в каком количестве она насинтезировалась. Есть несколько базовых методов ( qRT - PCR , micro - array ( биочипы ) и секвенирования ) и множество вариаций. Самые мощные методы - это биочипы и секвенирование, которые позволяют увидеть одновременно все, или почти все гены, которые включились в определенный момент времени в отдельной клетке или ткани.

Похоже, т.е. количественно и качественно, исследуется и белковый состав клетки, именно тех белков, которые насинтезировались с вышеназванной РНК. Этим занимается протеомика. Также можно определить, продуктом какого гена они являются. И, как у транскриптомики, существует целый ряд методов исследования количественного и качественного состава большого количества белков одновременно - различные комбинации вроде двумерного электрофореза и масс - спектрометрии или иммунохимии с хроматографией. Методы протеомики намного сложнее по сравнению с транскриптомикой, поскольку разные белки имеют различные физико - химические свойства, кроме того, один и тот же белок может модифицироваться и также приобретать различные качества еще "при жизни" .

Поскольку методы транскриптомики на порядок проще и дешевле, исследователи экспрессии генов первые праздновали пышный расцвет своей отрасли. Считалось, что количество РНК коррелирует с количеством функционального белка, поэтому наблюдение включенного гена на уровне РНК дает нам приблизительное представление о работе этого гена. Ученые закатали рукава и давай рассматривать все, до чего только можно дотянуться, включая мозг певчих птиц.

Впрочем, постоянно появлялись отдельные свидетельства, дескать, есть исключения из этой корреляции. Как правило, это были эксперименты с отдельными генами. Поэтому, дискутируя результаты экспрессии генов, особенно тщательные исследователи делали реверанс в сторону неопределенности: возможно, что эффект, который мы наблюдаем, можно интерпретировать иначе.

В прошлом году вышла большая работа, где сравнивались результаты транскриптомики и протеомики при развитии семян кукурузы. Оказалось, что количество РНК и белка слабо коррелирует. Наблюдается эффект, когда белок есть и его много, а вот РНК, с которой он насинтезировался, почти нету.
Это имеет несколько объяснений: время жизни РНК по сравнению с белком короче или белок транспортировался из другой ткани, где он ранее насинтезировался.
Есть ряд примеров, где корелляция между количеством РНК и белка вполне приличная. Это касается ферментов первичного метаболизма.
Но такой корреляции почти нет, когда речь идет о компонентах передачи внутриклеточного сигнала, который регулируется синтезом гормонов и восприятием гормонального сигнала. Это делает и так крайне сложную гормональную картину еще более запутанной.
Коррелятивная проблема касается не только количественных характеристик, а также и качественных. Как я уже выше отметила, в самой клетке белки модифицируются и изменяют свои качества, функции и роль и это вовсе не связано с количеством РНК.

Так что до полной картины "от генов к фенотипу " у нас впереди небольшая галактика.

Оставить комментарий

Популярные посты:

• Ранее
• Архив