Можно ли считать ДНК и РНК языком программирования природы?

На этот вопрос нельзя ответить просто да/нет, но я бы сказал, что аналогия ДНК с «кодом», используемым клетками, вполне разумна, если принять во внимание ряд других соображений.

Функция ДНК

Когда Уотсон и Крик впервые описали структуру ДНК (представляющей собой двухцепочечную последовательность нуклеотидов А , денина, цитозина , гуанина и тимина ), это привело к так называемой центральной догме молекулярной биологии [ 1 ], которая постулирует, что ДНК производит РНК, производит белок (рисунок из [ 2 ], первоначально полученный Watson).

Как вы правильно заметили, менее 2% генома кодируют белки, однако наше понимание остальной части генома многократно увеличивается благодаря таким проектам, как ENCODE [ 3 ], которые открывают не только «регуляторные» области, которые контролировать экспрессию генов, кодирующих белок, но также и открытие некодирующих РНК, многие из которых совершенно не охарактеризованы [ 4 ].

Цель этого раздела состоит в том, чтобы уточнить, что, хотя только 2% генома кодирует белок, неправильно говорить, что остальные являются «мусорными» или нефункциональными. Описанная выше центральная догма в настоящее время является устаревшей моделью: определенно некоторые ДНК производят РНК, но не все; многие молекулы РНК функциональны сами по себе.

Вы можете утверждать, что белки и некодирующие молекулы РНК являются продуктом «сценариев» в ДНК, которые запускаются или выполняются клетками, хотя вряд ли вы найдете ученых-геномистов, говорящих в этих терминах.

Эпигенетический контроль

Аналогия нарушается в том, что все* клетки в организме имеют один и тот же геном, но при этом сильно отличаются друг от друга. Эти различия обусловлены эпигенетическими процессами, которые описываются как некодирующие модификации ДНК, влияющие на экспрессию транскриптов. Общий обзор можно найти здесь [ 5 ].

Эти модификации бывают нескольких форм и включают в себя:

1. метилирование ДНК
   • добавление метильной группы к нуклеотидам цитозина, которое может влиять на связывание факторов транскрипции и т. д.,
2. Модификации гистонов
   • ДНК на самом деле является трехмерной структурой и обернута вокруг белков, называемых гистонами, которые скручиваются вместе, образуя хроматин и характерную хромосомную структуру.

Доступность ДНК для факторов транскрипции полностью зависит от этих модификаций ДНК, которые являются специфическими для отдельных типов клеток и предотвращают, например, клетки сетчатки, экспрессирующие ферменты печени. (ниже рисунка из [ 6 ])

Обзор

Короче говоря, генетику и последовательность ДНК, безусловно, можно рассматривать как проект организма — изменения в этой последовательности могут глубоко повлиять на фенотип — однако было бы слишком упрощенно представлять, что одна только последовательность предоставляет всю необходимую информацию.

Мало того, что существует множество некодирующих молекул, необходимых для функционирования клеток, существует тонкий контроль над экспрессией с помощью модификаций ДНК, которые не влияют на последовательность нуклеотидов и необходимы для клеточной дифференцировки.

Проект ENCODE (Энциклопедия элементов ДНК) [ 7 ] делает успехи в интерпретации некодирующих белок элементов ДНК, но предстоит еще долгий путь.

* не совсем все, например, В-клетки имеют гипервариабельную область для обогащения антителами для вариации [ 8 ]

1. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Class/MLACourse/Modules/MolBioReview/central_dogma.html
2. http://sandwalk.blogspot.co.uk/2007/01/central-dogma-of-молекулярно-biology.html
3. Консорциум проекта ENCODE, «Проект ENCODE (ENCyclopedia Of DNA Elements)», Science, vol. 306, стр. 636–640, 2004. PMID: 15499007 .
4. http://www.nature.com/encode/threads/non-coding-rna-characterization
5. http://www.whatisepigenetics.com/fundamentals/
6. http://www.eusem.com/main/CH/epi
7. http://www.genome.gov/encode/
8. http://www.anaptysbio.com/technology/somatic-hypermutation/