Šta je to centralna dogma molekularne biologije i kakav joj je status danas?

Nakon što su 1953. godine molekularni biolozi Francis Crick i James Watson otkrilli molekularnu strukturu DNK i značaj gena u transferu informacija unutar žive materije počela su se nizati brojna pitanja. Jedno od najvažnijih medju njima je bilo: Kako se uopšte informacija koju nose geni smešteni u jezgru ćelije prenosi do citoplazme gde se na osnovu nje sintetiše protein?

Da bi odgovorili na ovo pitanje, Crick i njegove kolege su predložili hipotezu prenosioca informacije (engl. messenger hypothesis). Prema ovoj hipotezi, formira se poseban RNK molekul koji služi kao komplementarna kopija specifičnog dela DNK lanca koji predstavlja gen. Ovaj molekul kojeg su nazvali kao mRNK (engl. messenger RNA) putuje od jezgra do citoplazme gde služi kao obrazac na osnovu kojeg će se napraviti protein.

Ova ideja je od tada testirana na genima veliki broj puta i rezultat bi uvek bio pozitivan. Crick je bio u pravu. Svaka DNK sekvenca koja bi sadržala podatke za izgradnju proteina prvo je bivala konvertovana u mRNK. Molekuli mRNK dalje bivaju procesirani od strane tRNK (engl. transfer RNA) koja ih prevodi u odgovarajuće sekvence amino kiselina od kojih se grade proteini. Danas znamo da cela mašinerija od transkripcije DNK do poslednje faze u kojoj se sintetiše protein izgleda ovako:


Prenos i kontrola  infromacija tokom ekspresije gena


U jednoj uticajnoj prezentaciji iz 1957, Crick je predstavio centralnu dogmu molekularne biologije, koja je opisala ovaj protok informacija izmedju DNK > RNK > proteina. Medjutim godinama nakon toga počela su se pojavljivati naučna otkrića koja su ukazivala na to da je model dosta komplikovaniji i da proces i nije baš tako jednosmeran i jednostavan kako se isprva mislilo već u nekim specijalnim slučajevima pravi izuzetke.

Primera radi, otkrića virusa koji svoj genetski materijal ne nose u formi DNK već samo kao kratak RNK (tzv. RNK virusi) kršili su pravila koja je Crick opisao. Ovi virusi (u koje danas znamo da spada i čuveni HIV virus) nakon ulaska u ćeliju domaćina koriste enzim reverse transcriptase uz pomoć kojeg sopstveni genom (RNK) enkoduju u DNK kojeg kasnije intergrišu u genom ćelije domaćina. Ovo je značilo to da je praktično od RNK bilo moguće dobiti nazad DNK.

Sve ovo ukazivalo je na to da se centralna dogma mora menjati. Stoga je Crick 1970. godine objavio novu verziju u časopisu Nature u kojem je centralna dogma dopunjena kako bi se uskladila prema novim otkrićima. Da bi stvar učinio jasnijom Crick je predložio ukupno 9 mogućih tokova informacije. Tih 9 tokova predstavljaju sve moguće teorijske opcije transfera informacije unutar trougla DNK - RNK - protein.


Svi mogući tokovi informacije

A zatim je opisao samo one tokove koji su trenutno poznati i njih podelio na dve grupe slučajeva: uobičajene i specijalne. Ovi slučajevi se nisu bitnije menjali ni do dan dans. Pa tako imamo 3 uobičajena (DNK može da se samoreplicira, DNK se konvertuje u RNK, od RNK može biti kreiran protein) i 3 specijalna slučaja.(RNK može da se samoreplicira, RNK može da kreira DNK, DNK može direktno da kreira protein bez prolaska kroz RNK).

Punom linijom su prikazani uobičajeni a isprekidanom
specijalni slučajevi tokova informacija


Uobičajeni
slučajevi
Specijalni
slučajevi
I dalje
nepoznato
DNK → DNK RNK → DNK protein → DNK
DNK → RNK RNK → RNK protein → RNK
RNK → protein DNK → protein protein → protein


Kao što je i Crick tada naglasio, iz ovoga se može izvući sledeće:

"jednom kada informacija iz nukleinske kiseline predje u protein više se ne može vratiti nazad u nukleinsku kiselinu"

Ovo zaista važi i danas. Čak i nakon svih otkrića o nekodirajućoj DNK, epigenetici, reverse transcriptase, intronima, otpadnoj DNK, RNK virusima, transpozonima, prionima i genetskim rearanžiranjima situacija sa proteinima se nije promenila. Jednom kada informacija predje u protein reverzija više nije moguća.

Čak i ekstremno retki izuzeci sa prionima na koje je Eugene Koonin fokusirao svoj rad pod nazivom "Da li centralna dogma još važi?" i dalje ne menjaju bitno stvari jer suština onoga što je Crick opisao leži u tome da se genetske informacije unutar DNK (sekvencijalne informacije) zaista prenose u smeru ka protenima. U tom smislu, za pobijanje centralne dogme bilo bi potrebno demonstrirati bar jedan obrnuti proces translacije a tako nešto još nije uradjeno do danas.

Dobro, ali zašto baš naziv "dogma"?

Crick je očigledno napravio grešku kada je izabrao termin dogma. Ovo je čak i sam kasnije priznao u svojoj biografiji. Zaista, zašto bismo uopšte koristili termin dogma kada se stvar sa prenosom informacije od DNK do proteina može relativno jednostavno dokazati?  Sem toga, reč dogma označava verovanje ili učenje koje ne dopušta da se u njega sumnja niti ostavlja mogućnost da bude opovrgnuto ili diskutovano. Dogma se zbog toga često vezuje uz religiju, ali u molekularnoj biologiji ona nema baš puno smisla pogotovo što su procesi transkripcije i translacije nukleinskih kiselina poprilično proverljivi i ne zahtevaju nikakvo dogmatsko verovanje ili nešto tome slično. Nauka ne može imati nikakve dogme jer tada prosto ne bi bila nauka.

Bilo kako bilo, termin "centralna dogma" se ustalio i ostao decenijama kasnije meta napada i predmet brojnih izvrtanja od strane protivnika teorije evolucije i molekularne biololgije. Jedan deo tog problema verovatno leži u samom nazivu koji naslućuje da se radi o nečem što je "kičma" molekularne biologije, što protivnike iste još više podstiče da je pokušavaju oboriti u nadi da će time diskreditovati i celu naučnu oblast.

Pojednostavljena verzija

Još jedan dodatni razlog zbog kojeg se nekad može čuti da centralna dogma "više ne važi" je taj što po školama i fakultetima i dalje kruži njena druga verzija. Na žalost, ta druga (veoma pojednostavljena) verzija centralne dogme je daleko popularnija a nju je predstavio James Watson (The Molecular Biology of the Gene, 1965). Iako zastarela i pogrešna, ostala je popularna zbog toga što je lako razumljiva i predstavlja prenos informacije u svega dva koraka:  DNK → RNK → protein.

Čak i mnogi nastavnici i profesori danas na predavanjima ovako predstavljaju centralnu dogmu, što je svakako pogrešno i trebalo bi biti zamenjeno gornjom ispravnom verzijom koja je prethodno opisana.

Reference:

  • Crick, F.H.C. (1958) On protein synthesis. Symp. Soc. Exp. Biol. XII:138-163 [pdf
  • Crick, F. (1970) Central Dogma of Molecular Biology. Nature 227, 561-563. [pdf
  • Darden, L. and Tabery, J. (2005) Molecular Biology
  • Lewin, B. (2004) GENES VIII Pearson/Prentice Hall 
  • Mattick, J.S. (2003) Challenging the dogma: the hidden layer of non-protein-coding RNAs in complex organisms. BioEssays 25:930-939 
  • Mattick, J.S. (2004) The hidden genetic program of complex organisms. Sci. Am. 291:60-67. 
  • Thieffry, D. (1998) Forty years under the central dogma. Trends Biochem. 23:312-316. 
  • Watson, J.D. (1965) The Molecular Biology of the Gene. W.A. Benjamin. Inc. New York

0 komentara:

Post a Comment