„Centralny dogmat biologii molekularnej dotyczy szczegółowego transferu informacji sekwencyjnej z DNA do białka poprzez RNA, reszta po reszcie. Głosi on, że informacja ta jest jednokierunkowa z DNA do białka i nie może być przenoszona z białka ani do białka, ani do kwasu nukleinowego” (Crick F., 1970).
Stanley Miller przeprowadził eksperymenty w 1952 roku i kolejny w 1959 roku, aby zrozumieć i rozszyfrować początki życia w pierwotnym środowisku Ziemi i żył do 2007 roku. W jego czasach DNA uważano za ważną cząsteczkę biologiczną , a właściwie najważniejszą cząsteczkę biologiczną pod względem polimeru informacyjnego. Jednak Miller najwyraźniej całkowicie pominął w swoich pracach i przemyśleniach jakąkolwiek bezpośrednią wzmiankę o „cząsteczce informacyjnej związanej z kwasem nukleinowym”.
Ciekawym aspektem eksperymentu Millera jest to, dlaczego nie szukał on informacyjnego polimeru kwasu nukleinowego w warunkach wczesnej Ziemi, a skupił się wyłącznie na aminokwasach? Czy to dlatego, że nie użył prekursorów fosforanowych, chociaż fosfor prawdopodobnie występował w warunkach pierwotnych erupcji wulkanicznych? A może założył, że białko może być jedynie informacyjnym polimerem i dlatego poszukiwał wyłącznie aminokwasów? Czy był przekonany, że białko jest podstawą powstania życia i dlatego w swoim eksperymencie poszukiwał wyłącznie obecności aminokwasów, czy też dlatego, że białka pełnią wszystkie funkcje w ludzkim ciele i stanowią podstawę naszego fenotypu, a zatem są ważniejsze niż kwasy nukleinowe, co mógł wówczas uważać?
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.
Struktura DNA została ujawniona rok później, w 1953 roku, co sugerowało podwójną helisę DNA i mówiło o jego zdolności replikacji. To dało początek słynnemu „ Dogmatowi Centralnemu Biologii Molekularnej” sformułowanemu w 1970 roku przez znanego naukowca Francisa Cricka! 1 Naukowcy tak bardzo przywiązali się do tego dogmatu i przekonali się do niego, że nie szukali prekursorów kwasów nukleinowych w prymitywnych warunkach ziemskich.
Historia zdaje się nie kończyć na Millerze; nikt, jak się wydaje, przez bardzo długi czas nie poszukiwał prekursorów kwasów nukleinowych w prymitywnych warunkach ziemskich – co jest bardzo zaskakujące w tej dynamicznie rozwijającej się fazie nauki. Chociaż istnieją doniesienia o syntezie adeniny w kontekście prebiotycznym[ 2] , znaczące doniesienia o prebiotycznej syntezie prekursorów nukleotydów pochodziły od Sutherlanda [3] , który opublikował je w 2009 roku i później. W 2017 roku naukowcy [4] symulowali podobne warunki redukujące, jakie zastosowali Miller i Urey, do produkcji zasad nukleinowych RNA za pomocą wyładowań elektrycznych i uderzeń plazmy o dużej mocy napędzanych laserem.
Gdyby Miller rzeczywiście myślał o białku jako polimerze informacyjnym, pojawia się pytanie: „Czy białko jest naprawdę polimerem informacyjnym”? Po prawie pół wieku dominacji „dogmatu centralnego” możemy zobaczyć artykuł Koonina nr 5 z 2012 roku zatytułowany „Czy dogmat centralny nadal obowiązuje?”. Historia prionu, nieprawidłowo sfałdowanego białka powodującego choroby, jest tego doskonałym przykładem. Dlaczego nieprawidłowo sfałdowane białko prionowe w organizmie nie wywołuje odpowiedzi immunologicznej i/lub jest eliminowane z organizmu? Zamiast tego, to nieprawidłowo sfałdowane białko zaczyna sprawiać, że inne podobne do niego białka stają się „złe”, jak ma to miejsce w przypadku choroby CZD. Dlaczego „dobre” białka są kierowane/dyktowane przez inne „złe” białko do nieprawidłowego sfałdowania i dlaczego mechanizm komórkowy tego nie powstrzymuje? Jaką informację posiada to nieprawidłowo sfałdowane białko, która jest „przenoszona” na inne podobne białka i zaczyna działać chaotycznie? Co więcej, priony wykazują niezwykle niezwykłe właściwości, w szczególności niezwykłą odporność na takie zabiegi, jak na przykład naświetlanie promieniowaniem UV o dużej dawce, które dezaktywuje nawet najmniejsze cząsteczki kwasu nukleinowego6 . Priony można zniszczyć poprzez wstępne podgrzanie do temperatury powyżej 100°C w obecności detergentów , a następnie poddanie ich obróbce enzymatycznej7.
Badania na drożdżach wykazały, że białka prionowe posiadają nieuporządkowaną domenę determinującą priony, która inicjuje przejście konformacyjne białka z dobrego na „złe” 8 . Konformacja prionu formuje się spontanicznie z niską częstością (rzędu 10-6) 9 , a częstość przechodzenia do i ze stanu prionowego wzrasta w warunkach stresu10 . Mutanty wyizolowano w heterologicznych genach prionowych, charakteryzujących się znacznie wyższą częstością formowania się 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. Nature 227, 561–563 (1970). DOI: https://doi.org/10.1038/227561a0
2. McCollom TM., 2013. Miller-Urey i dalej: Czego nauczyliśmy się o reakcjach syntezy prebiotycznej związków organicznych w ciągu ostatnich 60 lat? Roczny przegląd nauk o Ziemi i planetach. Tom 41: 207-229 (data publikacji tomu maj 2013 r.) Pierwotnie opublikowano online jako „Review in Advance” 7 marca 2013 r. DOI: https://doi.org/10.1146/annurev-earth-040610-133457
3. Powner, M., Gerland, B. i Sutherland, J., 2009. Synteza aktywowanych rybonukleotydów pirymidynowych w warunkach prebiotycznie prawdopodobnych. Nature 459, 239–242 (2009). https://doi.org/10.1038/nature08013
4. Ferus M, Pietrucci F i in. 2017. Tworzenie zasad nukleinowych w atmosferze redukującej Millera–Ureya. PNAS 25 kwietnia 2017 r. 114 (17) 4306-4311; pierwsze wydanie 10 kwietnia 2017 r. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1700010114
5. Koonin, EV 2012. Czy centralny dogmat jest nadal aktualny? 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 scrapie są odporne na inaktywację promieniowaniem UV. J Virol. 1987, 61 (1): 159-166. Dostępne online na stronie 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 prionu drożdżowego przyjmuje zespół struktur zapadniętych i szybko fluktuujących. 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: Dowód na istnienie mutatora białkowego w drożdżach: rola chaperonu ssb związanego z Hsp70 w powstawaniu, stabilności i toksyczności prionu [PSI]. Mol Cell 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. Trends Cell 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 istotne dla de novo powstawania prionów drożdżowych. Biochem Soc Trans. 2008, 36 (cz. 5): 1083–1087. DOI: https://doi.org/10.1042/BST0361083
***
Możliwość dodawania komentarzy nie jest dostępna.