Иными словами, незначительная мутация регуляторного гена приводит к полной реорганизации, как внешнего вида, так и метаболизма данной особи. При прочих равных условиях это значительно сокращает сроки появления новых видов и заодно особенно не требует дополнительных генетических ресурсов. Поскольку модифицирует механизмы планомерного включения генов дифференцировки, отвечающих за процессы специализации эмбриональных клеток и последующую закладку органов, то есть за основные принципы построения структурной организации. Достигается же это изменением функции белка, производимого первым, регуляторным геном. То есть, до появления определенных условий, производимый регуляторным геном белок, не отключал, или наоборот, не включал гены, отвечающие за образование конкретных морфологических структур в эмбриогенезе [4]. Скорее всего, по видовым морфологическим признакам эти сегментарные гены не рестриктированы, поскольку при транспонировании воспроизводится эффект генов реципиента, а не донора [5]. Следовательно, под контролем регуляторных генов находятся еще и общие принципы управления формообразованием.

Таким образом, с большой долей вероятности можно предположить, что регуляторные гены играют весьма важную роль при морфогенезе, а их мутации - при образовании новых форм организмов. Но что при этом может лежать в основе процессов регуляции самих регуляторных генов? Это едва ли не один из ключевых моментов биологической эволюции, так как все ее феномены являются производными от результата регуляторных процессов реализации генетической информации. Главное, на что следует обратить внимание, это на возможность осуществления разнотипной регуляции белкового синтеза. Она может происходить по транскрипционному механизму путем изменения активности генов, через модуляцию продукции матричной (информационной) мРНК на матрице ДНК. Так и за счет изменения активности мРНК на трансляционном уровне регуляции [3]. Кроме того, существует регуляция на уровне посттрансляционных модификаций, когда уже синтезированный продукт, например какой-либо фермент, не способен функционировать в конкретном химическом окружении. Но в иных, более подходящих условиях, у него отмечено адекватное проявление активности [3, 5].

Однако каким же образом зародышевые клетки с исходно одинаковой генетической информацией приобретают в онтогенезе несхожее обличье. При одних обстоятельствах, это обусловлено активацией неидентичных генов в клетках разных участков эмбриона и соответственно сопровождается формированием гетерогенных фракций мРНК. По всей вероятности, это связано с неоднородностью химического состава цитоплазмы в отдельных зародышевых сегментах, неодинаково влияющей на структуру хроматина. Что приводит к изменению его пространственной конфигурации и освобождению определенных участков ДНК от связи с гистоновыми белками, то есть к подготовке конкретных фрагментов двойной спирали к последующей транскрипции. В принципе, "химически правильное" содержимое клетки весьма важно для регуляторных процессов любого уровня. Например, нарушение оптимальной концентрации микроэлементов, в частности Mn²⁺ или Mg²⁺, меняет активность РНК-полимеразы и соответственно "узнавание" промоторов - стартовых участков транскрипции на ДНК. А стресс-активированное фосфорилирование специфическими фосфокиназами фактора инициации, способно к тотальному подавлению инициации трансляции любых мРНК [6].

В другой ситуации, некий определенный ген может одинаково функционировать во всех клетках эмбриона, но идентично реплицированные мРНК будут неоднозначно транслироваться в разных клетках. То есть, при попадании в конкретную химическую среду цитоплазмы, мРНК благодаря особенностям своей трехмерной организации, приобретает и соответствующую конформационную уникальность [7]. Это приводит к открытию для трансляции вполне определенных участков полинуклеотидной цепи. Естественно, что в других условиях будет и новое пространственное расположение мРНК и закономерно иные участки для трансляции, в итоге, синтезирующие белок с измененными свойствами. С другой стороны, компактная геометрия трехмерной структуры, опосредованная сродством к определенным репрессорным белкам, может вообще "замаскировать" мРНК, лишая ее инициаторные участки связывающих свойств [3]. Данный феномен позволяет предположить, что материнские мРНК, накопленные в процессе оогенеза и находящиеся в цитоплазме яйцеклетки в замаскированном состоянии, дерепрессируются после оплодотворения и запускают самые первые процессы превращения зиготы в эмбриональные стволовые клетки зародыша.

Также к подавлению трансляционной активности мРНК могут быть причастны места ее неспецифической локализации, химические условия которых, способствуют связыванию пространственно модифицированных полинуклеотидов мРНК с репрессорными белками, тогда как на "своей клеточной территории" подавления активности не наблюдается [8]. Кстати не исключено, что дискретность считывания, то есть пропуски последовательности нуклеотидов при трансляции в пределах одного цистрона, кодирующего определенную полипептидную цепь, также опосредованы именно своеобразием пространственной структуры мРНК. Это явление, обнаруженное у фагов, в некотором роде является прообразом феномена "процессинга", свойственного эукариотическим клеткам и заключается в посттранскрипционном формировании мРНК, то есть в доведении ее до стадии функционально зрелого элемента белкового синтеза [8]. В эволюционном плане, обе составные части этого феномена - сплайсинг и редактирование, чрезвычайно важны для клеточной специализации. Также очень значима их роль в качестве весьма оригинального и гибкого способа адаптации биологической системы к изменениям окружающей среды. Который по всей вероятности является одним из существенных механизмов формирования генетической "нормы реакции".

Так, процесс редактирования заключается в химической модификации азотистых оснований, образующих кодирующие кодоны мРНК. Что сопровождается синтезом белков с новыми свойствами, в структуре которых отдельные аминокислоты будут определяться триплетами мРНК, отсутствующими в нуклеотидной последовательности матрицы ДНК [9]. Это один из регуляторных механизмов компенсаторно-приспособительных реакций организма, индуцированный условиями внешнего окружения. В свою очередь, другой способ регуляции активности генов, в том числе и процессов клеточной дифференцировки в морфогенезе - сплайсинг, предусматривает удаление "ненужных" участков (интроны) с последующим сращиванием между собой "нужных" (экзоны) фрагментов мРНК. Это происходит в ядре с помощью комплементарного каталитического взаимодействия так называемых малых ядерных мяРНК с нуклеотидами предшественника мРНК. И в присутствии специальных белков с ферментативной активностью, кодируемых определенными генами и не исключено, что регуляторными. Эти белки, связываясь с мРНК, в зависимости от условий среды и пространственной конфигурации полинуклеотидов, блокируют либо активируют вырезание соответствующих интронных участков. При этом экзоны могут сшиваться в разных комбинациях, то есть какая-то нуклеотидная последовательность, являясь экзоном в одних условиях, ведет себя как интрон при других обстоятельствах [9]. В ряде случаев сплайсинг осуществляется без каталитической активности белков - только взаимодействием пространственно измененных участков трехмерной структуры мРНК с последующим выпетливанием полинуклеотидных фрагментов и удалением этих интронов. Иными словами, экзон-интронная регуляция ответственна за поистине уникальный механизм целесообразного расширения биологических функций. Суть которого в том, что исходно однотипные мРНК, транскрибируемые с одного и того же гена, окажутся в зависимости от физико-химических обстоятельств по разному сформированными для последующей трансляции и в силу чего будут кодировать белки с разными свойствами. То есть, разнообразие белков будет обеспечено не большим количеством разных генов. А разными мРНК, но произошедшими за счет сплайсинга из одного и того же РНК-предшественника в результате транскрипции всего лишь одного гена. Благодаря чему и достигается генетический прогресс, вне всякого сомнения, свидетельствующий о реальных эволюционных достижениях самоорганизующейся биологической системы.

Таким образом, спектр регуляторных процессов, в том числе и на уровне сплайсинга, расширяет представления об эволюционных возможностях эукариотов. И отчасти объясняет какие способы могут быть задействованы для обеспечения разнообразия белков и соответственно для формирования функционально-морфологических элементов, в том числе и филогенетически новых. Недаром, у бактерий, как правило лишенных интронов и подобного сплайсингу способа регуляции, отсутствует и аналог архивной базы для перебора вариантов. Неинформативная зона в транскриптоне прокариотов, то есть на участке считывания генетического кода между промотором и терминаторм, у прокариотов практически отсутствует. Тогда как в эукариотической клетке наоборот - информативная зона составляет незначительную часть транскриптона, а основной его участок представлен в виде резерва нейтральной генетической информации. Естественно, что при таком соотношении эукариотическая клетка обладает более высокой потенцией к биологическому (морфологическому и видовому) многообразию. А также и большими возмжностями к совершенству, в плане лучших селективных характеристик, как для усложнения иерархического статуса, так и для экспансии, либо оптимального существования, в самых разнообразных условиях внешнего окружения.

2. Wilmut I. et al. Viable offspring derived from fetal and adult mammalian cell line // Nature. 1997. V.380. P.64-66.

3. Спирин А.С. Биосинтез белка: регуляция на уровне трансляции // Соросовский Образовательный Журнал. 2000. № 5. С. 2-7.

4. Ronshaugen M. McGinnis N. McGinnis W. Hox protein mutation and macroevolution of the insect body plan // Nature. 2002. V. 415. P. 914-917. (21 Feb 2002) .

5.Корочкин Л.И. Как гены контролируют развитие клеток // Соросовский Образовательный Журнал. 1996. № 1. С. 17-22.

6. Спирин А.С. Биосинтез белка: инициация трансляции // Соросовский Образовательный Журнал. 1999. № 5. С. 2-7.

7. Спирин А.С. Биосинтез белков, мир РНК и происхождение жизни// Вестник РАН. 2001. № 4. С. 320-328.

8. Овчинников Л.П. Что и как закодировано в мРНК // Соросовский Образовательный Журнал. 1998. № 4. С. 10-18.

9. Гвоздев В.А. Регуляция активности генов при созревании клеточных РНК // Там же. 1996. № 12. С. 11-18.