Книга Парадоксы эволюции. Как наличие ресурсов и отсутствие внешних угроз приводит к самоуничтожению вида и что мы можем с этим сделать - Алексей Аркадьевич Макарушин

(диаметр 30-150 нм), образующиеся путем экзоцитоза, – основные перевозчики нкРНК. С их помощью нкРНК распространяют свое регулирующее воздействие внутри организма между весьма удаленными тканями, как правило, с током внеклеточных жидкостей (Valadi H. et al., 2007; Thomou T. et al., 2017). Эктосомы, или микровезикулы (100–1000 нм в диаметре) формируются своеобразным почкованием и встречаются гораздо реже. Третий вид транспортных средств нкРНК – апоптические тельца. Они образуются при завершающих стадиях клеточного самоубийства – апоптоза – и имеют наиболее разнообразные размеры – от 50 до 5000 нм (Kalra H., Drummen G. P. and Mathivanan S., 2016).

У бактерий образуются более мелкие, нанометровые ЭВ, как правило, путем отпочковывания от наружной мембраны, по крайней мере у грамотрицательных бактерий (Kim J. H., 2015).

Точные принципы отбора РНК в те или иные везикулярные конструкции, механизмы их образования и распространения в большинстве случаев еще малоизучены. Но остается мало сомнений, что обмен нкРНК объединяет в единую сеть взаимной регуляции как холобионтные сообщества (объединения хозяев-эукариот с их симбиотическими бактериальными сожителями) (Leitão A. L. et al., 2020), так и многовидовые сообщества микроорганизмов (DeLay N., Schu D. J. and Gottesman S., 2013).

Для реализации своего эффекта внутри целевой клетки прибывшие извне нкРНК должны связаться с регуляторными белками. У эукариот это так называемые белки-аргонавты. Комплекс нкРНК с белками-аргонавтами распознает за счет комплементарного связывания нуклеотидов определенные кодирующие РНК (а иногда и некодирующие), и далее распознанные таким образом РНК этими же белками быстро расщепляются (Nguyen Q. et al., 2018). Подобным образом действуют и нкРНК у прокариот, только в этом случае нкРНК связывается со специальными белками-шаперонами («укладчиками» полимерных цепей белков и РНК). В этом случае белки-шапероны Hfk выполняют дополнительную функцию активации фермента-эндонуклеазы, который разрушает распознанную с помощью комплекса нкРНК-Hfk кодирующую РНК бактерии. Но, в отличие от эукариотических клеток, у бактерий внешние нкРНК могут не только расщеплять выявленные кодирующие РНК, но в некоторых случаях, наоборот, стабилизировать их (Liu S. et al., 2016). В некоторой степени неожиданно, что активные нкРНК коммуникации наблюдаются не только между макроорганизмом и его симбиотическими бактериями, но, в не меньшей, а, может быть, и в большей степени, между макроорганизмом и инфицирующими его бактериями (Greer R. et al., 2016; Wande Water J. et al., 2018). Это наблюдение может подтверждать неслучайность таких взаимодействий, что может быть вызвано «перерождением» симбионта в агрессора-паразита (что маловероятно, но вполне возможно; сравнительно свежим примером может быть переход Staphylococcus epidermidis из сожительствующей в патогенную для человека форму (Du X. et al., 2021). Альтернативными вариантами могут быть или удачная спонтанная эксплуатация существующих каналов коммуникаций появившимся в экосистеме новым инфекционным агентом, или быстрая адаптация и/или контрадаптация хозяина и паразита.

Наиболее изученными моделями таких холобионтных взаимодействий являются кораллы, некоторые модельные растения и млекопитающие.

Общий язык между царствами

Коралловые сообщества включают сотни эукариот и прокариот, в которых «якорными» организмами являются беспозвоночные животные – коралловые полипы. Коралловая «пробиотическая гипотеза» рассматривает это сообщество как совместно эволюционирующую динамическую сеть взаимодействий, принимающую различные конфигурации в зависимости от меняющихся биологических или физических условий (Reshef L. et al., 2006; Golberg K. et al., 2013). Изменения в профиле экспрессии РНК в рамках всего кораллового холобионта в различных ситуациях существования столь разительны, столь плотно сопровождают изменения в биологическом разнообразии и морфологии кораллов, что позволяет говорить о ведущей роли нкРНК в саморегулировании этого объединения, наряду с сигнальными молекулами quorumsense и химическими агентами вроде двухвалентных ионов или свободных радикалов (Leitão A. L. et al., 2020). Несмотря на то что прямой трансфер нкРНК между коралловыми симбионтами еще не доказан, он остается крайне вероятным (Zhou G., Zhou Y. et Chen X., 2017).

В отличие от кораллов в симбиозах, где якорным организмом служат растения, горизонтальный трансфер нкРНК между сожительствующими организмами продемонстрирован самым очевидным образом (Zhang T. et al., 2016; Cai Q. et al. 2018). Наиболее показательными примерами оказываются случаи интервенции патогенных грибков и бактерий, которые нарушают баланс интересов внутри холобионтного сообщества растения и формируют новый специфический ансамбль экспрессии генов во всем холобионте, в первую очередь экспрессии нкРНК (Li W., Li S. and Li C., 2017). Направление потоков информации, опосредуемых нкРНК, двустороннее. Для одних систем «холобионт растения-паразит» более изучено направление от растения к паразиту, когда секретируемые нкРНК напрямую, как показано для миРНК хлопчатника, или опосредованно, через ферментные системы киРНК резуховидки Таля, блокируют экспрессию факторов патогенности некоторых грибков-паразитов. Для других систем, например в случае грибков семейства фитофторы, наоборот: специализированные белки фитофторы (типа PSR2 – Phytophtora Silencing Repressor protein 2, белок-репрессор сайленсинга фитофторы) добиваются «молчания» киРНК растения, которое, в свою очередь, заставило бы «молчать» иРНК факторов патогенности самой фитофторы (Hou Y. et al., 2019). Интересно отметить, что активация растительных «защитных» киРНК осуществляется через образ-распознающие рецепторы, функциональные аналоги которых присутствуют в иммунных клетках высших животных.

Сами высшие животные, в том числе млекопитающие, используют кратно расширенный арсенал средств противодействия патогенной инвазии, основанных на РНК интерференции и ей подобных РНК-зависимых инструментах. Он включает элементы глубоко эшелонированной иммунной системы, а также трудноотделимые от нее особые системы распознавания и уничтожения чужеродных нуклеиновых кислот. Объединяющей структурой для этих систем служат образ-распознающие рецепторы, в первую очередь уже упоминавшиеся toll-like рецепторы, запускающие каскады как цитокин-, так и нкРНК-опосредованных механизмов (Tatematsu M. et al., 2018).

Некоторые «древние» патогенные спутники человека, такие как E. coli, M. tuberculosis, H. pylori, одним своим присутствием каким-то образом способны изменять профиль экспрессии человеческих регуляторных нкРНК в сторону снижения «остроты» иммунного ответа (Zhang Z. M. et al., 2017; Li N. et al., 2012). Подобные факты свидетельствуют в пользу гипотезы «старых друзей», ставшей развитием «гигиенической теории» Дэвида Стракана.

Другие бактериальные инфекционные агенты (Salmonella typhimurium, Ps. aeruginosa), напротив, могут непосредственно выбрасывать особые нкРНК, которые при попадании в клетки хозяина препятствуют активной выработке факторов антибактериальной защиты, связывая транскрипты ее ключевых генов, например индуцибельной синтазы оксида азота (Gu H. et al., 2017; Zhao C. et al., 2017). Своеобразный двухсторонний регуляторный размен нкРНК происходит при малярии: зараженные плазмодиями эритроциты становятся источниками экстрацеллюлярных везикул, нагруженных смесью нкРНК паразитов и хозяина, обеспечивая таким способом проникновение нкРНК в эндотелиальные клетки сосудов и вызывая их специфическую реакцию на инфекцию. (Babatunde K. A. et al., 2018; Wu Z. et al., 2018). В то же время специализированные комплексы миРНК и белков из клеток человека способны интенсивно проникать внутрь малярийных плазмодиев, внося существенные дирижерские правки в симфоническую палитру ансамбля паразитарных генов, в результате чего его звучание становится