Вспомните, как велики рибосомные РНК, — а эти молекулы значительно больше.) Эта РНК очень нестабильна. (Обратите внимание также на то, что высокомолекулярные РНК составляют лишь незначительную часть РНК, выявляемой по ультрафиолетовому поглощению.) Следовательно, она не может сохраняться очень долго. Сравнивая профили А и Б, нетрудпо заметить, что почти вся высокомолекулярная РНК находится в ядре; отсюда и название „гетерогенная ядерная РНК".

А что же присходит в цитоплазме? Через 2 ч инкубации с 3Н-уридипом появляются РНК трех главных размерных классов: два класса рибосомпых РНК и значительная фракция с пиком 9S. Во всех клетках эту фракцию составляют мРНК. В данном случае речь идет главным образом о глобиновой РНК. (В это время клетки синтезируют много глобиновой РНК и сравнительно немного новых рибосом.)

Относится ли все это только к развивающимся эритробластам утки? Нет. Подобная картина наблюдается во многих растущих и дифференцирующихся клетках эукариот. Вероятно, наиболее изученной моделью является штамм опухолевых клеток человека — клеток HeLa, которые очень быстро растут в культуре в диспергировапном состоянии. Если к этим клеткам добавить 3Н-уридин всего на 10 мин, удается обнаружить, что почти вся меченая РНК, синтезированная за этот период, находится в ядре (рис. 15-12). Значительную часть ее составляют 45 S-PHK и несколько более легкие РНК, являющиеся, как уже было показано выше, предшественниками рибосомпых РНК. Материал с молекулярным весом, большим чем 45S, — это гетерогенные ядерные РНК. В цитоплазму попадают только 28S- и 18S-PHK и некоторые молекулы меньших

45s

Номер фракции

Рис. 15-12. Профиль радиоактивности ядерной РНК после кратковременного мечения.

размеров (мРНК, тРНК и минорные компоненты о которых не говорилось здесь) — всего около 20% синтезированной РНК (рис. 15-13). Остальные 80% никогда не выходят из ядра, а разрушаются ферментами через несколько минут после синтеза.

Каков же смысл этого? Две группы фактов позволяют приблизиться к ответу на этот вопрос: 1) опыты по гибридизации ДНК—РНК показали, что молекулы цитоплазматической РНК имеют ту же последовательность нуклеотидов, что и сходные по размеру участки молекул гигантских ядерных РНК (т. е. можно показать, что они конкурируют за одну и ту же цепь ДНК клеток HeLa) > 2) к одному концу молекулы мРНК присоединен фрагмент, состоящий приблизительно из 100—200 идентичных адениловых нуклеотидов (этот участок РНК называется поли-А).

Предполагают, что в клетках эукариот РНК-полимераза осуществляет транскрипцию таким образом, что синтезируется гигаптская РНК, представляющая собой продукт транскрипции многих генов. Клетка каким-то образом знает, какую мРНК выпустить в цитоплазму (ту, которая является матрицей для синтеза нужного в этот момент белка), а какую разрушить. С помощью фермента отсекается нужная РНК, и к ней добавляется пол и-А. В таком виде она и выходит в цитоплазму. Вдумайтесь, какие волнующие вопросы'встают перед исследователями. Как клетка знает, какие мРНК надо выпустить в цитоплазму, а какие разрушить?

7 1 1 1 1 1 Г

Рис. 15-13. Профиль радиоактивности цитоплазматической РНК после кратковременного мечения. А—В. Сроки исследования.

Как работают ферменты, расщепляющие гигантскую РНК, и фер-мепты, присоединяющие по ли-А к мРНК? Какова функция поли-А?

Транспорт мРНК

Дискуссия по поводу ипформосом. Клетки, активно синтезирующие РНК и белки, очепь быстро разрушали на холоду, не обрабатывая их детергентами, так что от РНК не отделялись связанные с ней молекулы. Эта процедура имела своей целью сделать как бы моментальный снимок с работающей клетки и исследовать натив-ное состояпие РНК. При этом в цитоплазме прежде всего можно обнаружить готовые рибосомы, связанную с ними мРНК, а в ядре— субъединицы рибосом, тРНК, гетерогенную ядерную РНК и т. д. В этот список не попала фракция РНК, по размеру соответствующая обычным мРНК, но связанная с рибосомами. Оказа- . лось, что такая РНК связана с белками. Часть ее"находится в ядре, а часть в цитоплазме. Даже когда в определенных экспериментальных условиях мРНК выделяют из полисом, она остается связанной с белком. Эти комплексы, несущие информацию, были названы информосомами. (Броское название очень важно не только для рекламы стиральных порошков, но и в науке.) Тех, кто обсуждает эти Данные, можно разделить на две группы: циников и идеалистов. Циники говорят, что все это — артефакты. При нейтральном рН (а именно в этих условиях и сделаны все опыты) РНК благодаря ионизированным фосфатным группам заряжена отрицательно. В клетке эти группы нейтрализуются ионами магния, калия и т. д., а также некоторыми низкомолекулярными положительно заряженными органическими аминами. В клетке есть также множество основных белков, которые при нейтральном рН заряжены положительно. Некоторые, как, например, рибосомные белки, уже связаны с РНК. Другие находятся в свободном состоянии, но нейтрализованы неорганическими ионами, такими, как Cl~, S042~~ и т. д. Когда тяжелый на руку биохимик разрушает клетку (так рассуждают циники), «голая» РНК и основные белки встречаются и образуют комплексы-артефакты.

Идеалисты утверждают, что это не так. Они убеждены, что информосома — реальная структура, выполняющая одну из двух или сразу обе функции: 1) транспорт мРНК (белковая оболочка может защищать мРНК от разрушающего действия нуклеаз во время их перехода из ядра в цитоплазму, где они встречаются с рибосомами и связываются с ними); 2) связанные с РНК белки маскируют их (они не покидают их даже в полисомных комплексах и контролируют трансляцию).

Сейчас мы вряд ли сможем решить, кто же из них нрав. Однако оппоненты .продолжают ставить опыты, а именно в этом основная ценность дискуссий.

Специфичность рибосом

Специфические рибосомы как средство контроля. Есть косвенные данные, полученные из разных источников, которые свидетельствуют в пользу того, что рибосомы не просто пассивные партнеры мРНК в синтезе белка, а скорее специфические компоненты, которые могут узнавать различные классы мРНК и, следовательно, могут играть регуляторную роль.

Некоторые доводы в пользу этого предположения попадают в категорию доводов: «а как это можно было бы объяснить иначе?». Например, в то время как амебы D. discoideum строят плодовые тела, они голодают, затрачивая на создание плодовых тел массу энергии и пластических веществ. И все же они в этот период еще избавляются (разрушают) практически от всех старых рибосом, которые использовали во время роста и делений, и заменяют их на новые. Что еще можно предположить кроме того, что им нужен новый класс рибосом?

Еще довод. Были получены соматические гибриды между эритроцитами курицы и штаммом клеток мыши, называемым А-9. Ядро эритроцита курицы уже потеряло свои ядрышки и поэтому больше не синтезировало рРНК, однако еще активно синтезировало мРНК. Ядра клеток А-9 были предварительно ипактивирова-ны ультрафиолетовым облучением. Сразу же после слияния из гибридной клетки начали исчезать куриные белки (определение проводили с помощью антител, выработанных против эритроцитов кур), а через два дня они совсем не обнаруживались. Тем временем ядро куриного эритроцита, первоначально сморщенное, начинает увеличиваться в объеме. Опо интенсивно синтезирует РНК, но в цитоплазму эта РНК не выходит. К третьему дню в ядре эритроцита вновь появляются ядрышки, начинается транспорт РНК в цитоплазму, и в пей вновь начинают обнаруживаться куриные белки. Из этого опыта можно сделать вывод о том, что рибосомы мыши не могут узнавать куриные мРНК.

С чем могла бы быть связана такая специфичность? Недавно была выполнена серия интересных опытов, на основании которых можно высказать предположение о ее возможном механизме. Рибосомы брали из мышечных клеток либо из ретикулоцитов цыпленка и освобождали от мРНК. Затем их суспендировали в растворе, содержащем 1М КС1. При высокой концентрации соли от рибосом отщепляется небольшое количество белка. Полученные белковые фракции для краткости были названы: EFm — для рибосом мышечпых клеток и EFr — для ретикулоцитов. Их пропустили через колонку с ДЭАЭ-целлюлозой, и оказалось, что они состоят из очень небольшого числа белков — трех основных компонентов и нескольких минорных. Эти фракции обладают двумя очень важными свойствами.

1. Они наделяют рибосомы способностью связываться с определенными мРНК. Так, оба типа рибосом после отмывки почти не связываются ни с мРНК из мышечных клеток, ни с мРНК из ретикулоцитов. Однако, если отмытые рибосомы (все равно: получены они из мышечных клеток или из ретикулоцитов) обработать EFm, они приобретают способность очень хорошо связывать мышечную мРНК; с мРНК ретикулоцитов они нри этом практически не связываются. Если же отмытые рибосомы любого типа обработать EFr, они прекрасно связывают мРНК ретикулоцитов и очень плохо мышечную мРНК.

2. Присутствие EFm значительно увеличивает синтез миозина in vitro, а присутствие 'EFV — синтез- гемоглобина. Результаты последнего эксперимента представлены на рис. 15-14. В этом опыте использовали отмытые рибосомы мышечных клеток с EFr или без него, мРНК ретикулоцитов, растворимую фракцию цитоплазмы ретикулоцитов и 3Н-валин. После инкубации гемоглобин частично

Регуляторная роль РНК-полимераз

Множественные формы РНК-полимеразы. Точно так же, как можно представить себе, что существуют разные рибосомные белки, узнающие специфические участки мРНК, нетрудно вообразить, что существуют многочисленные формы РНК-полимеразы, которые узнают различные специфические участки на ДНК, связываются с ними и инициируют транскрипцию.

Клетки эукариот и в самом деле содержат множественные формы РНК-нолимеразы (рис. 15-15). Из зародышей морского ежа выделили ядра, разрушили их и содержимое нанесли на колонку ДЭАЭ-сефадекса (принцип разделения компонентов тот же, что и в случае ДЭАЭ-целлюлозы) и элюировали растворами соли разной концентрации (использовали сульфат аммония). В каждой фракции определяли содержание белка но поглощению света с длиной волны 2800 А (белки поглощают свет с такой длиной в