„Główny dogmat molekularny biologia zajmuje się szczegółowym transferem informacji sekwencyjnej reszta po reszcie z DNA do białka poprzez RNA. Stwierdza, że taka informacja jest jednokierunkowa z DNA na białko i nie może zostać przeniesiona z białka ani na białko, ani na kwas nukleinowy” (Crick F., 1970).
Stanley Miller przeprowadził eksperymenty w 1952 r. i kolejne w 1959 r., aby zrozumieć i rozszyfrować pochodzenie życia w pierwotnym środowisku ziemskim i żył do 2007 r. W jego czasach uważano, że DNA jest ważnym elementem biologiczny cząsteczka, właściwie najważniejsza cząsteczka biologiczna pod względem polimeru informacyjnego. Jednak wydawało się, że Miller całkowicie przeoczył w swoich pracach i przemyśleniach jakąkolwiek wzmiankę o „cząsteczce informacyjnej związanej z kwasem nukleinowym”.
Ciekawym aspektem eksperymentu Millera jest to, dlaczego nie szukał polimeru informacyjnego kwasu nukleinowego we wczesnych warunkach ziemskich i skupił się tylko na aminokwasach? Czy to dlatego, że nie używał prekursorów fosforanów, chociaż fosfor prawdopodobnie występuje w prymitywnych warunkach erupcji wulkanicznych? A może założył, że białko mógł być tylko polimerem informacyjnym i dlatego szukał tylko aminokwasów? Czy był przekonany, że białko jest podstawą powstania życia i stąd w swoim eksperymencie szukał jedynie istnienia aminokwasów, czy też faktu, że białka pełnią wszystkie funkcje w ludzkim ciele i są podstawą tego czym jesteśmy fenotypowo i stąd jesteśmy bardziej ważne niż kwasy nukleinowe, o czym mógł wtedy pomyśleć?
70 lat temu wiedziano wiele o białkach i ich funkcjonalności, a mniej o kwasach nukleinowych. Ponieważ białka są odpowiedzialne za wszystkie reakcje biologiczne w organizmie, stąd Miller uważał, że powinny one być nośnikiem informacji; i dlatego szukał bloków budulcowych białka tylko w swoich eksperymentach. Jest prawdopodobne, że powstały również bloki budulcowe kwasu nukleinowego, ale były one obecne w tak śladowych ilościach, że nie można było ich wykryć z powodu braku wyrafinowanego oprzyrządowania.
DNA Struktura została ujawniona rok później, w 1953, która zaproponowała podwójną helikalną strukturę DNA i mówiła o jej właściwościach replikacyjnych. To dało początek słynnemu 'Centralny Dogmat Biologii Molekularnej” w 1970 roku autorstwa znanego naukowca Francisa Cricka!1 A naukowcy tak bardzo dostroili się i zostali przekonani przez centralny dogmat, że nie szukali prekursorów kwasów nukleinowych w prymitywnych warunkach ziemskich.
Historia nie wydaje się kończyć na Millerze; Wydaje się, że nikt nie szukał prekursorów kwasów nukleinowych w prymitywnych warunkach ziemskich przez bardzo długi czas – coś bardzo zaskakującego w tej szybko rozwijającej się fazie nauki. Chociaż istnieją doniesienia o syntezie adeniny w kontekście prebiotycznym2 ale znaczące doniesienia o prebiotycznej syntezie prekursorów nukleotydów zostały przez Sutherland3 w 2009 roku i później. W 2017 badacze4 symulowano podobne warunki redukujące, jakie stosowali Miller i Urey do wytwarzania zasad nukleinowych RNA za pomocą wyładowań elektrycznych i uderzeń plazmy napędzanej laserem o dużej mocy.
Jeśli Miller rzeczywiście myślał o białku jako polimerze informacyjnym, to pojawia się pytanie: „Czy białko naprawdę jest polimerem informacyjnym”? Po prawie pół wieku dominacji „centralnego dogmatu” otrzymujemy artykuł Koonina5 z 2012 roku pt. „Czy centralny dogmat nadal obowiązuje? Przykładem jest historia prionów, nieprawidłowo sfałdowanego białka, które powoduje chorobę. Dlaczego nieprawidłowo sfałdowane białko prionowe w organizmie nie wyzwala odpowiedzi immunologicznej i/lub jest eliminowane z organizmu? Zamiast tego to nieprawidłowo sfałdowane białko zaczyna sprawiać, że inne podobne do niego białka są tak „złe”, jak ma to miejsce w przypadku choroby CZD. Dlaczego „dobre” białka są kierowane / dyktowane przez inne „złe” białka, aby zostały nieprawidłowo sfałdowane i dlaczego maszyneria komórkowa tego nie zatrzymuje? Jakie informacje ma to nieprawidłowo sfałdowane białko, że jest „przenoszone” do innych podobnych białek i zaczynają działać nieprawidłowo? Co więcej, priony wykazują niezwykle niezwykłe właściwości, w szczególności niezwykłą odporność na działanie, które inaktywuje nawet najmniejsze cząsteczki kwasu nukleinowego, takie jak promieniowanie UV o dużej dawce6. Priony można zniszczyć przez wstępne ogrzewanie w temperaturze powyżej 100°C w obecności detergentów, a następnie obróbkę enzymatyczną7.
Badania na drożdżach wykazały, że białka prionowe posiadają nieuporządkowaną domenę determinującą priony, która powoduje przejście konformacyjne od dobrego do „złego” białka8. Konformacja prionów tworzy się spontanicznie z niską częstotliwością (rzędu 10-6)9 a przechodzenie do i ze stanu prionowego wzrasta w warunkach stresowych10. Mutanty zostały wyizolowane w heterologicznych genach prionowych, o znacznie większej częstości tworzenia prionów11.
Czy powyższe badania sugerują, że nieprawidłowo sfałdowane białka prionowe przekazują informacje do innych białek i prawdopodobnie z powrotem do DNA, aby wywołać mutacje w genach prionowych? Asymilacja genetyczna zależnej od prionów dziedziczności fenotypowej sugeruje, że może to być możliwe. Jednak do tej pory odwrotna translacja (białko do DNA) nie została odkryta i wydaje się wysoce nieprawdopodobne, aby kiedykolwiek została odkryta ze względu na silny wpływ centralnego dogmatu i potencjalny brak funduszy na takie przedsięwzięcia. Można jednak sobie wyobrazić, że mechanizmy molekularne leżące u podstaw kanału przekazywania informacji z białka do DNA są zupełnie inne niż hipotetyczna translacja odwrotna i mogą w pewnym momencie wyjść na jaw. Odpowiedź na to pytanie jest trudna, ale z pewnością wolny, nieskrępowany duch dociekania jest znakiem rozpoznawczym nauki, a małżeństwo z dogmatem lub kultem jest przekleństwem dla nauki i ma potencjał programowania myślenia społeczności naukowej.
***
Referencje:
1. Crick F., 1970. Centralny dogmat biologii molekularnej. Natura 227, 561-563 (1970). DOI: https://doi.org/10.1038/227561a0
2. McCollom TM., 2013. Miller-Urey i nie tylko: Czego dowiedzieliśmy się o reakcjach prebiotycznej syntezy organicznej w ciągu ostatnich 60 lat? Coroczny przegląd nauk o Ziemi i planetarnych. Tom. 41:207-229 (data publikacji tomu maj 2013) Po raz pierwszy opublikowano online jako Review in Advance w dniu 7 marca 2013 r. DOI: https://doi.org/10.1146/annurev-earth-040610-133457
3. Powner, M., Gerland, B. & Sutherland, J., 2009. Synteza aktywowanych rybonukleotydów pirymidynowych w warunkach prawdopodobnych prebiotycznie. Natura 459, 239-242 (2009). https://doi.org/10.1038/nature08013
4. Ferus M, Pietrucci F, et al 2017. Tworzenie zasad nukleinowych w atmosferze redukującej Millera-Ureya. PNAS 25 kwietnia 2017 r. 114 (17) 4306-4311; po raz pierwszy opublikowano 10 kwietnia 2017 r. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1700010114
5. Koonin, EV 2012. Czy centralny dogmat nadal obowiązuje?. Biol Direct 7, 27 (2012). https://doi.org/10.1186/1745-6150-7-27
6. Bellinger-Kawahara C, Cleaver JE, Diener TO, Prusiner SB: Oczyszczone priony trzęsawki są odporne na dezaktywację przez promieniowanie UV. J. Virol. 1987, 61 (1): 159-166. Dostępne online na https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/3097336/
7. Langeveld JPM, Jeng-Jie Wang JJ i wsp. 2003. Enzymatyczna degradacja białka prionowego w pniu mózgu zakażonego bydła i owiec. The Journal of Infectious Diseases, tom 188, wydanie 11, 1 grudnia 2003, strony 1782-1789. DOI: https://doi.org/10.1086/379664.
8. Mukhopadhyay S, Krishnan R, Lemke EA, Lindquist S, Deniz AA: Natywnie rozwinięty monomer prionów drożdżowych przyjmuje zespół zapadniętych i szybko zmieniających się struktur. Proc Natl Acad Sci US A. 2007, 104 (8): 2649-2654. 10.1073/pnas.0611503104..DOI:: https://doi.org/10.1073/pnas.0611503104
9. Chernoff YO, Newnam GP, Kumar J, Allen K, Zink AD: Dowody na mutator białka u drożdży: rola białka opiekuńczego związanego z Hsp70 w tworzeniu, stabilności i toksyczności prionów [PSI]. Mol Komórkowy Biol. 1999, 19 (12): 8103-8112. DOI: https://doi.org/10.1128/mcb.19.12.8103
10. Halfmann R, Alberti S, Lindquist S: Priony, homeostaza białek i różnorodność fenotypowa. Trendy Biol. 2010, 20 (3): 125-133. 10.1016/j.tcb.2009.12.003.DOI: https://doi.org/10.1016/j.tcb.2009.12.003
11. Tuite M, Stojanovski K, Ness F, Merritt G, Koloteva-Levine N: Czynniki komórkowe ważne dla tworzenia się prionów drożdży de novo. Biochem Soc Trans. 2008, 36 (Pt 5): 1083-1087.DOI: https://doi.org/10.1042/BST0361083
***
