НИИ ЭДиТО (в составе ОНЦ РАМН); УДК 575.2

НИИ ЭДиТО (в составе ОНЦ РАМН); УДК 575.2
Дейчман А.М. “Генетический код: взаимодействие аминокислот белков
(фрагментов, пептидов) в соответствии с различными правилами,
принципами, кодами (их сочетаниями). Правило исключений”.
Рукопись №2080-В96, депонирована в ВИНИТИ, Москва, 1996.
Директор НИИ ЭДиТО проф Сыркин А.Б. . . . . . . . . . . .
Автор(ы): науч. сотр. ин-та Дейчман А.М. . . . . . . . . . . . .
1. Введение
Проблема белок-белкового взаимодействия рассматривается для целого
ряда структур: лиганд-рецептор, антиген-антитело [13, 14, 20, 22, 26, 28, 36, 37,
39, 43-45]; фолдирующих в различные вторичные и третичные структуры [6,
10, 13, 18, 21, 24, 30, 33, 42, 44, 65]. Учитывается роль отдельной АК при этом
взаимодействии [17, 28, 31-34, 36, 39, 41-43] – в том числе по соседству [6], при
точечных [1, 3, 37-43, 66] и так называемых симметричных [3, 7, 8, 10]
мутациях, а так же при двойных и комбинационных заменах [39, 41, 44]. Также
учитывается вклад некоторых структурных мотивов [19, 30, 32, 33] в
поддержание аффинного и специфического видов взаимодействия [14, 18, 20,
21, 27, 40, 41, 43] и способность к сохранению (либо, наоборот, резкой утрате)
эквифункциональности взаимодействующих белковых участков [4, 10, 13, 30,
32, 47]. Во взаимодействие, кроме стандартных структур, могут вовлекаться
стереохимические, оптические изомеры, аналоги и ретроаналоги [14, 24, 27,
32, 36, 39, 40, 42], а также типологически эквивалентные взаимодействующие
белковые фрагменты [14, 17, 19, 24, 37]. Рассмотрение белок-белковых
взаимодействий перечисленных типов интересно, в том числе, и с точки зрения
связи
их
с
целой
структурой,
характером и
особенностями
самого
генетического кода. Последнему присущи так называемые симметрия
(включая скрытую), асимметрия, различные виды комплементарностей:
сенс-антисенс, гидропатическая, корневая (по 2 основанию кодона), и др. [1-10,
12, 65, 68].
При этом разным авторам для различных взаимодействующих белковых
структур (фрагментов их) удавалось выделить, казалось бы, первенствующую
роль какого-либо одного вида взаимодействия. Последние были связаны со
свойствами
боковых
радикалов
составляющих
их
аминокислот.
Определяющими свойствами, как правило, были степень гидрофобности
(гидрофильности), полярности (аполярности) [1-10, 12-15, 24, 32, 36, 39, 42,
45], доступности, упрятанности, встречаемости [5, 14, 15, 36, 42],
насыщенности заряженными [6, 8, 10, 15, 19, 23, 25, 39] или ароматическими
[3, 5, 6, 12, 15, 25, 28, 32, 39, 42-45] аминокислотами. Кроме того, характер
взаимодействия
определялся
различными
видами
комплементарностей:
химических структур [10, 13, 15, 39], присутствием гидропатической [1, 8, 9,
12-14, 18, 20, 27], на основе корня (2 основания) кодона [1-10, 19, 32], либо
сенс-антисенс [1, 4, 7, 8, 11-14, 18, 20-22, 27, 33, 35, 65, 68] взаимодействий.
1.1 Сочетание критериев
Однако
анализ
данных
литературы
показывает,
что
подобные
взаимодействия, обычно, обеспечиваются сочетанием нескольких названных
правил, принципов, кодов [12, 14, 15] – особенно с увеличением размеров
взаимодействующих
молекул
[33].
Большинство
взаимодействий
обеспечиваются водородными, ван-дер-ваальсовыми [3, 8, 9, 15, 20, 24, 33,
36,
39,
40],
гидрофобными
и
ионными
силами,
и
могут
иногда
сопровождаться структурными перестройками [8]. Перестройки, в свою
очередь, зависят от возможности создания плотной упаковки атомов в глобулах
(и фрагментах) под действием дисперсионных сил Лондона, влияющих на
индукцию электрических диполей и проявляющихся (иногда) в явлении
резонанса между аминокислотами. Аминокислоты обнаруживают сходство
либо комплементарность по какому-либо критерию. Структурная перестройка
может
сочетаться
и
с
перераспределением
электронной
плотности
взаимодействующих участков [39].
2. Различные симметрии и асимметрии белковых и нуклеиновых структур
Считается, что белковые взаимодействия зависят от различных видов
симметрий и асимметрий, присущих как белковым так и соответствующим им
нуклеиновым последовательностям генома. Это может проявляться в
ритмичном чередовании или повторении некоторых аминокислот или
структурных мотивов, в волнообразном или зеркальном по отношению к
центральной аминокислоте или структурному мотиву расположении, и с
соблюдением принципов полярности, гидропатической, корневой (по 2
основанию кодона) и сенс-антисенс комплементарностей взаимодействующих
белковых участков и аминокислот [2-10, 12-15, 20, 32-34, 41, 62]. Уже сегодня
(например [29, 63]) делаются первые попытки глобального осмысления
(правда не без белых пятен, и неизбежных логических перекосов и перескоков)
физико-химической, волновой и излучающей (резонирующей), фотонной,
электронно-кибернетической, информационно-перекодирующей, голографически-фрактальной,
жидкокристаллической,
эпигеномно-генетической,
биокомпьютерной
нелинейно-солитонной,
и
самонастраивающейся
сущностей клеточно-генетической машины. По-видимому, этому направлению
еще предстоит долгое становление и утверждение.
2.1 Различные сочетания правил, принципов, кодов при белок-белковых
взаимодействиях. Отсутствие единой универсальной системы
комплементарности
Большинство
ученых,
работающих
в
области
белок-белкового
взаимодействия, на сегодня, очевидно, затрудняются предложить нечто
единственно универсальное (будь то правило, принцип, код или какой-нибудь
критерий [12, 14, 16, 20]), объясняющие принципы построения одновременно и
третичной, и всех остальных белковых структур (фрагментов).
Первичная структура, как известно, определяет многое, но не все, т.к.
важны
условия
эукариотический
микроокружения,
ген,
введенный
в
с
которых
помощью
она
реализуется.
плазмидной
Так
техники
в
бактериальный геном, в результате полной экспрессии (транскрипции и
трансляции при конкретных условиях) гена, может давать белки, третичная
структура которых будет отличаться от таковой для нативно экспрессируемых
аналогичных генов (инсулин, интерферон и др.). Для некоторых искусственных
биологических систем иногда могут быть обнаружены более-менее стабильные
ниши по соблюдению какого-либо одного принципа (кода, правила). Однако
отсутствие универсальности не удивительно, т.к. статистический набор таких
систем необъятен, и касается различных организмов, клеток, молекул и даже
различных частей одной и той же реально функционирующей молекулы.
Последнее особенно хорошо проявляется, например, при сравнительном
анализе по критериям встречаемости и доступности/упрятанности аминокислот
для большой группы случайно подобранных белков и отдельных участков их –
таких как CDRs, framework, variable domains легких и тяжелых цепей молекул
иммуноглобулинов [15].
Более того, если мы детально и по отдельности рассмотрим каждое
правило, принцип, критерий как бы изнутри, в сопоставлении их между собой,
и
с
одним
из
вышеназванных
гидропатическую), то
кодов
комплементарности
(включая
обязательно обнаружим какие-либо нарушения
(исключения) из в.н. правил. Кроме того, мы обнаружим и своеобразное
переплетение и сочетание их между собой в рамках целого генетического кода,
включающего целый "букет" симметрий (в том числе скрытую) и асимметрий.
Другими словами, мы можем убедиться, что каждая классификация по
одному из принципов, кодов, критериев содержит как правила, так и
исключения. Так, например, не все полярные и аполярные аминокислоты при
обычных условиях обязательно являются гидрофильными и, соответственно,
гидрофобными [1-10]. А с учетом амфифильной природы [6, 8, 9, 13, 20, 32]
большинства аминокислот, и в зависимости от условий среды, данное
несоответствие может быть смещено еще сильнее. Если мы сравним
комплементарные белковые сенс-антисенс (S-AS=А-А [65]), и на основе корня
кодона (К-К [1-10]) коды, то обнаружим, что К-К код более вырожден и
включает
в
себя
А-А
код
как
часть.
Также
обнаружим,
что
антикомплементарное А-А взаимодействие аминокислот в водных условиях
более вероятно, чем в гидрофобных, когда более вероятным становится
взаимодействие аминокислот внутри А, G, U, C групп (в соответствии с К-К
кодом). В свою очередь так называемая эквивалентность аминокислот «по
цвету» (ЭПЦ) представляет еще более вырожденное комплементарное
соотношение аминокислот [68], т.к. в этом случае корни кодонов аминокислот
принадлежат пуриновому, либо пиримидиновому (A-G либо U-C) ряду.
***(март 2009)Если мы рассмотрим так называемую гидропатическую
[12] комплементарность аминокислот (учитывающую степень гидрофобности и
заряженности), то увидим, что все аминокислоты поделены на три группы:
сильно гидрофобную, сильно гидрофильную и слабо гидрофильную группы.
Первая группа будет в основном состоять из аминокислот U-группы [I, V, L, F,
M – кроме А (C корень; у всех – пиримидиновый корень) и С (пуриновый
корень)]; вторая – из аминокислот A-группы (K, N, D, Q, E, H – кроме R, тоже
имеющей пуриновый корень); а третья группа (кроме Y) включает
аминокислоты G, U и C-групп (G, W, S, T, P). В каждой из трех групп
обязательно есть хотя бы одна ароматическая (включая ненасыщенные
гетероциклические H, W) аминокислота. В гидрофобной группе все
аминокислоты (кроме С) неполярные. В гидрофильной группе все
аминокислоты
(включая,
пять
заряженных)
–
полярные.
В
слабо
гидрофильной группе все (кроме Р) аминокислоты полярные, а серин –
единственная аминокислота, имеющая одновременно два разноименных корня
(2G и 4C) кодонов. Интересно, что трем терминирующим кодонам
комплементарны только соответствующие кодоны серина (один) и лейцина
(два). Лейцин, в отличие от серина, имеет одноименные корни для всех своих
шести кодонов, но интересен тем, что, скорее всего, именно он своими
ритмическими
повторами
(через
7
аминокислот)
определяет
характеристические свойства ДНК-связывающих белков с помощью "leucine
zipper" [32]. Лейцин был единственной незаменимой аминокислотой в
активном центре АГАТ комплекса, ответственный за 100% падение
антигенсвязывающих свойств [28]. Только шестикодонные серин, лейцин и
аргинин имеют по два разных первых нуклеотида их кодонов.
Из трех таблиц гидропатичности аминокислот [12] видно, что полярноаполярное, гидрофильно-гидрофобное, и групповое (по А-А, К-К кодам)
распределение аминокислот может не совпадать. В среднем, однако,
сохраняется тенденция поддержания гидропатической комплементарности
групп в пересчете по кодонам/антикодонам соответствующих аминокислот в
каждой из трех групп. Так для первой (гидрофобной) группы, где всего 20
кодонов (семи аминокислот – I, V, L, F, C, M, A) – 13 антикодонов (65%)
соответствуют второй (гидрофильной) группе аминокислот. В гидрофильной
группе, где 18 кодонов (также семи аминокислот - R, K, N, D, Q, E, H) – тоже
13 антикодонов (72%) соответствуют гидрофобным аминокислотам. В третьей
(слабо гидрофильной) группе 20 кодонам (шести аминокислот - G, T, W, S, Y,
P) соответствуют 10 антикодонов (50%) слабо гидрофильной же (т.е. той же)
группы аминокислот. При пересчете по аминокислотам мы обнаружим
несколько иное соответствие. В гидрофобной группе 7 аминокислотам
соответствуют 13 антиаминокислот, из которых гидрофильными являются 7
(54%).
В
гидрофильной
группе
7
аминокислотам
соответствуют
9
антиаминокислот, из которых гидрофобными являются 6 (67%). В слабо
гидрофильной группе 6 аминокислотам соответствуют 10 антиаминокислот,
из которых слабо гидрофильными являются 5 (50%). Таким образом, процент
совпадения гидропатической антикомплементарности внутри групп при
пересчете по числу антикодонов и антиаминокислот совпадают только для
третьей1 (слабо гидрофильной) группы,. В то же время для первых двух групп
видна определенная асимметрия (смещение величины этого процента).
Хотя гидрофобная (первая) группа в основном является U-группой (с
пиримидиновым корнем), а гидрофильная (вторая) – А-группой, только во
второй группе все аминокислоты имеют пуриновый корень (2 основание
кодона). В гидрофобной группе исключение составляет цистеин (G-корень), а
в слабой гидрофильной группе, представленной в основном аминокислотами
пиримидинового корня, исключение составляет тирозин (с пуриновым Aкорнем). "Асимметричное переплетение" (в соответствии с А-А, К-К кодами)
аминокислот в системе гидропатической антикомплементарности состоит еще
и в том, что, по причине вырожденности универсального генетического кода
(УГК), на 20 аминокислот, распределенных в 3 группах, приходятся в общей
сложности 32 антиаминокислоты (т.е. эта система, как и УГК, связанная 61
значащим и 3 терминирующими кодонами-триплетами, тоже вырождена).
С другой стороны, анализ процентного распределения аминокислот,
расположенных в соответствии с их химической [67] структурой (включая
алифатические, ароматические и гетероциклические), и в соответствии с К-К
кодом2 обнаружило следующее. Процентное распределение аминокислот в
конкретной группе (подгруппе) исходя из числа их, или числа их кодонов,
показало, что и здесь существует определенная асимметрия.
Так процентное соотношение аминокислот с пуриновым корнем к
аминокислотам
с
пиримидиновым
корнем
(ППИ-пурин/пиримидиновый
индекс) для алифатической группы (в целом) составил 48/52 – при пересчете
по кодонам, и 56,7/43,3 (видна инверсия) – при пересчете по аминокислотам
(числу их). Для ароматических аминокислот (представленных в каждой
группе) такими соотношениями были 50/50 и по кодонам и по аминокислотам
Не исключено, что третья группа - это своеобразный “переключатель”, а первая и вторая - “накопители”
гидропатичности со знаком плюс или минус.
2
Сравнивать именно с К-К кодом удобно, т.к. он одновременно аккумулирует информацию по А-А коду (сенсантисенс) и с эквивалентностью по “цвету” кодам.
1
– что
соответствует аналогичному 50%-ному четко гидропатическому3
распределению у слабогидрофильных аминокислот. Для гетероциклических
(включая
насыщенный
по
углероду
пролин)
аминокислот
такими
соотношениями были 57/43 и 33/67 (видна инверсия) при пересчете по
аминокислотам
и
по
кодонам,
соответственно.
Доля
алифатических
аминокислот (от общего числа АК) составляет 75% (содержит АК всех 4-х
корневых групп), ароматических 10% (содержит АК 2-х корневых групп: G и
С), гетероциклических 15% (содержит АК 3-х корневых групп: G, A и C); эти
доли соответстветствуют 15, 2 и 3 аминокислотам). Однако внутри
алифатических аминокислот это соотношение (ППИ-индекс) было очень
неравномерным: для моноаминомонокарбоновых аминокислот – 77,4/22,6 по
кодонам, и 78,5/21,5 по аминокислотам. Для диаминомонокарбоновых и
моноаминодикарбоновых аминокислот эти соотношения были 100/0 как по
кодонам, так и по аминокислотам (в обеих группах все корни пуриновые). Для
серусодержащих аминокислот (их 2; корни: G и U) этими соотношениями были
33/67 и 50/50 по кодонам и аминокислотам, соответственно. Таким образом, и
здесь мы наблюдаем неравномерное и асимметричное распределение
аминокислот при пересчете их по аминокислотам и по кодонам – причем как
внутри групп одной химической принадлежности (между подгруппами,
например, алифатической группы) так и между различными группами.
2.1.1 Правила и исключения при образовании спиновых семейств для
аминокислот A-, G-, U-, и C-групп
При анализе аминокислотных спиновых характеристик протонов атомов,
взаимодействующих рядом, через 1, 2, 3 связи методом двумерного ЯМР, и при
использовании программ COSY и HOHANA, для всех 20 аминокислот (при тех
же условиях) удалось получить 11 спиновых семейств. В семейство входит
одна, или более аминокислот [16]. Интересно, что только 8 алифатических
Когда четко образуются гидрофильно-гидрофобные пары для соответствующих пар амино-антиаминокислота;
две из четырех ароматических - принадлежат слабогидрофильной (переключательной) группе аминокислот.
3
аминокислот (G, A, S, T, V, I, L - все моноаминомонокарбоновые; плюс К –
одна диаминомонокарбоновая) составляли восемь индивидуальных спиновых
семейств. Девятое семейство (7 АК: D, N, C, H, F, Y, W) кроме двух
алифатических (D, N) и одной серосодержащей (С) содержало по две
ароматические (F, Y) и гетероциклические (W, H) аминокислоты. Девятое, как
десятое (E, Q, H) и одиннадцатое (R, P), имели по одной неполярной
аминокислоте (четыре из восьми одноаминокислотных семейств так же
представлены НП-аминокислотами). Внутри 9-11 семейств в соответствии с
сенс-антисенс (А-А) и корневым (К-К) кодами имелся весь набор сочетаний
аминокислот. Здесь были эквивалентные, комплементарные и эквивалентные
"по цвету" аминокислоты, но не нейтральные (не было А-С и G-U сочетаний по
К-К коду). Таким образом, правила состояли только в том, что индивидуальные
спиновые семейства из одной аминокислоты всегда соответствовали одной из
восьми алифатических аминокислот. Все ароматические (из них две –
ненасыщенные гетероциклические) природные аминокислоты собраны в 9
семействе. Неодноаминокислотные семейства (с 9 по 11) имели любые, кроме
нейтральных (т.е. А-С и G-U; не эквивалентных "даже" в рамках самого
вырожденного ЭПЦ-кода), внутренних сочетаний аминокислот (по К-К коду).
Взаимодействия протонов внутри 9-11 семейств, для которых возможны
вышеназванные сочетания, скорее выражают проявление правила исключений.
Заметим, что уже исходно для аминокислот всех (A, G, U, C) групп в
соответствии с К-К кодом также наблюдается асимметричное распределение
доли аминокислот каждой группы (среди остальных) рассчитанных по кодонам
и по аминокислотам. Так для А-группы, самой большой по числу аминокислот
(H, Y, D, N, Q, K, E - семь), эти доли, соответственно, составляют 23% и 37%
(самый большой разброс): грубо говоря, это соответствует ситуации
«аминокислот много – кодонов мало». Для U-группы (5 аминокислот: I, V, L, F,
M) эти доли составили 26% и 25% (минимальный разброс). Возможно именно
поэтому,
обычно
(и
это
будет
видно
из
дальнейшего),
это
самая
сбалансированная, монолитная и стабильная по сохранению соответствующих
свойств группа. Для G группы (5 аминокислот: С, W, R, S, G) эти доли
составили 25% и 21,7% (заметный разброс), а для С-группы (4 аминокислот: S,
P, T, A) аминокислот – соответственно 26% и 18,3% (существенный разброс):
грубо говоря, аминокислот мало, а кодонов "достаточно". Мы видим, что
процентный разброс доли аминокислот любой данной группы (A, U, G, C)
среди остальных, если он рассчитан по кодонам (23 - 26%), гораздо меньше,
чем разброс по аминокислотам (18,3 - 35% - почти в два раза). И это тоже
своеобразная асимметрия.
Не исключено, что если аминокислоты различных групп должны
находиться в определенном балансе, то в этом случае асимметрия
распределения
долей
аминокислот
(и
их
разбросов)
по
кодонам
и
аминокислотам может отражать некий скрытый компенсаторный (вероятно –
«феногенотипический») процесс. При этом нехватка (избыток) аминокислот
какой-либо
группы
(фенотипическое
проявление)
могла
бы
быть
скомпенсирована избытком (нехваткой) кодонов аминокислот этой группы
(генотипическое проявление), во-первых. А между очевидно наблюдаемой
асимметрией в распределении аминокислот в группах по кодонам и по
аминокислотам,
симметрией/асимметрией
в
распределении
отдельных
аминокислот в структурных мотивах, и так называемой скрытой симметрией
(проявляемой в возможном взаимодействии амино- и т.н. антиаминокислот)
генетического кода, не исключено, существует определенная внутренняя
связь. во вторых. В любом случае мы наблюдаем взаимодействие тех самых
пептидных белковых структур (фрагментов), которые записаны в нуклеиновых
последовательностях соответствующих им генов.
2.1.2. Доступность, упрятанность, встречаемость индивидуальных
аминокислот. Распределение по А, G, C и U группам
Например,
при
сравнении
доступности-упрятанности
всех
20
аминокислот (табл. 2 в [15]) для 50 случайно выбранных белков и различных
участков иммуноглобулинов (CDRs, constant, variable, domains участков, в
среднем
по
иммуноглобулинам)
мы
обнаруживаем
поразительное
единообразие для аминокислот U-групп. Они "хорошо упрятаны" при
обычных (водных) условиях (за исключением CDRs области, и то – только для
ароматического F). Среднегрупповой показатель максимального разброса по
критерию упрятанности (в относительных единицах) здесь не превышал 10%.
Для аминокислот A-группы этот разброс достигал 28%, для С-группы 21%, а
для
G-группы
–
иммуноглобулинов
35%.
и
Колебания
между
среднестатистическими
названными
белками
по
областями
критерию
доступности для аминокислот внутри A, G, U, и C групп были достаточно
индивидуальными. Относительное постоянство по доступности в А-группе в
большей степени сохраняли E, K, Y, H, в C-группе – только аланин (A). В Gгруппе собраны аминокислоты ("свалка” аминокислот [3, 8, 10]), проявляющие
полярные по критерию доступности свойства. Так цистеин в названных
областях сохранял наивысшую среди всех аминокислот упрятанность, а
глицин – наивысшую доступность. Одновременно высокую упрятанность
проявлял W (за исключением CDRs области, где его доступность возрастала в
несколько раз). Доступность серина в среднем у 50 белков была половинчатой,
но возрастала для разных участков молекулы иммуноглобулинов. Доступность
аминокислот
всех
иммуноглобулинов
трех
(за
групп
колебалась
исключением
U
по
всем
группы),
трем
причем
участкам
достаточно
индивидуально. Все ароматические (H, Y, W, F) аминокислоты наибольшее
отклонение от среднестатистической доступности испытывали в CDRs
областях. В среднем, наиболее упрятанными оказались аминокислоты Uгруппы, наиболее доступными аминокислоты А-группы; аминокислоты Сгруппы – половинчаты, а G-группы – скорее упрятаны, чем доступны.
Встречаемость индивидуальных аминокислот в белках/пептидах (их
фрагментах, участках), в среднем, считают пропорционально связанной с
числом
их
кодонов.
Действительно,
встречаемость
аминокислот
для
однокодонных и двухкодонных семейств, в среднем, в 2-3 раза ниже, чем для
аминокислот
трех-/четырех-/шестикодонных
различных
выборок
семейств.
аминокислотных
Однако
анализ
последовательностей
эукариот/прокариот показывает, что это правило работает далеко не всегда, и
встречаемость аминокислот сильно различается даже для одноименных по
числу кодонов групп [80]; у шестикодонных аминокислот, например, разброс
средней встречаемости был таким: L (10.83%), S (6.58%), R (3.47%); сильный
разброс был и в остальных группах. Более того, одна и та же аминокислота,
как правило, в различных выборках также обнаруживала существенный
разброс. Для в.н. лейцина, серина и аргинина это были следующие значения: L
(6.69-18,37%),
S
(5.44-9.5%),
R
(0.59-5.51%);
а,
например,
для
четырехкодонных аланина, глицина, пролина, треонина и валина это были
такие значения: A (7.54-12,8%), G (6.93-9.87%), P (2.63-5.23%), T (4.91-7.83%),
V (6.02-11.54%) [80].
2.2 Иммунный перекрест (реактивность) и соответствие К-К и ЭПЦ кодам
Кроме рассмотренных выше правил, принципов, кодов, в соответствии с
которыми, возможно, происходят аминокислотные замены и взаимодействие
белковых структур, отдельно следует остановиться на тех заменах, которые
можно связать с ЭПЦ-кодом (из материалов работ [24, 25, 30, 38]). Мы
помним, что этот код более вырожден чем А-А (сенс-антисенс) и К-К (корни
кодонов) коды, так как включает их как составляющие [когда корни кодонов
соответствующих аминокислот должны оставаться либо только пуриновыми
(A,GG,A), либо только пиримидиновыми (U,CC,U)].
При сравнении значений иммунореактивности, составляющих 81-94%
по
анти-HIV сыворотке к фрагментам 307-329 (MS-486; всего 23
аминокислоты) и 423-450 (MV-411; всего 28 аминокислот) оболочечного белка
gp120
HIV-1 (оба из BRU-штамма), обнаружили следующее
(рис.3).
Связывание этих полностью различных по первичной последовательности
фрагментов сывороткой вызывало близкий процент вируснейтрализующей
активности (при низком титре). Это позволило заключить [24, 25, 30, 38], что
данные эпитопы могут быть структурно связаны. При сопоставлении
включенных в эти фрагменты структурных мотивов в системе К-К кода можно
обнаружить некоторую общность их. В обоих фрагментах есть структурные
мотивы: AUG, GCU, GGA, GAU, AGUA, GUG, GAC (буквы соответствуют
корням
кодонов
соответствующих
аминокислот).
Например
AUG
соответствует аминокислотным мотивам NVW и QIR, и т.д. Среди
аминокислот соответствующей группы могут встречаться и А-А эквивалентные
(вырожденность кодов растет в ряду: А-А > К-К > ЭПЦ). Кроме К-К
эквивалентных (которых семь) есть и К-К антикомплементарные сочетания
мотивов (причем редкий мотив не содержит либо ароматической, либо
заряженной аминокислоты, либо серин). Таких сочетаний девять: GAC-CUG,
CUA-GAU, UAC-AUG, AGU-UCA, UGA-ACU, AUC-UAG, UCG-AGC, GAACUU, CCU-GGA. Интересно, что все семь общих для обоих фрагментов
структурных (по К-К коду) мотивов имеют К-К комплементарные пары.
Возможно наличие общих мотивов и пар комплементарных мотивов в
структурно связанных и обнаруживающих иммунологический перекрест
фрагментах не случайно. Не исключено, что связано это может быть с
существованием подобных мотивов и пар комплементарных мотивов в составе
самих антител.
Есть
достаточно
протяженные
участки
аминокислотных
последовательностей (в 1.5-2 десятка) в обоих фрагментах, которые при
наложении (без пропусков) могут давать достаточно высокое значение (до
87.5%) общей эквивалентности. Последняя включает все (А-А, К-К и ЭПЦ)
коды, хотя достаточно и одного наиболее вырожденного4 кода “по цвету”
(=ЭПЦ), перекрывающеего остальные два (А-А и К-К). Возможно, что
сходство в иммунологической реактивности между указанными фрагментами и
высокий процент общей эквивалентности (=ЭПЦ) связаны не случайно, а
отражают некую внутреннюю симметрию (типа скрытой), опирающуюся на
наиболее вырожденный код эквивалентности (=ЭПЦ). Иммунологическая
реактивность по отношению к анти-HIV антителам между фрагментами 306329 (MS-486) и 427-450(MV-411) была чуть ниже 80%; но и процент общей
эквивалентности (ЭПЦ) составлял здесь не 87,5 а 79,2 %. В то же время более
короткий фрагмент 301-319 (gp120), при тех же условиях титрования, давал
низкую реактивность (до 21,1% при высокой выборке), и при сравнении с
первичными
структурами
первых
двух
фрагментов,
имел
общую
эквивалентность (ЭПЦ) только около 60%. Интересно, что и фрагмент 434-450,
имеющий даже не эквивалентности "по цвету", а чистую гомологию с полным
(по длине) фрагментом 423-450, давал только 45% реактивности. В то же время
между фрагментами 423-450 и 307-329 чистой гомологии практически нет, а
реактивность их составляла 94 и 81% соответственно. При этом не
эквивалентных даже по ЭПЦ-коду аминокислот было лишь 12.5%.
Процент перекрестной иммунологической реактивности для фрагментов
(того же gp120 белка) 2-13, 55-65, 88-98, и 504-519 (при высоком титре)
составлял 43-51 относительных единиц. Эти фрагменты имели различные
первичные структуры, сравнимое, хотя и меньшее число аминокислот (11-15),
Будем учитывать, что аминокислоты, имеющие A и C, а также U и G корни кодонов будут попарно
нейтральны в рамках К-К и А-А кодов, и комплементарны в рамках кода «по цвету».
4
и сходную суммарную эквивалентность в 40-50%. Во всех названных примерах
сыворотки были поликлональными, а фрагмент 307-329 с двух сторон
замыкался цистеинами5 (создавая петлю). Нельзя исключить того, что в
ситуации перекрестной иммунологической реактивности определенную роль
для большинства описанных фрагментов (определенной длины и при
наложении без пропусков) играет вновь введенный фактор общей суммарной
(ЭПЦ) эквивалентности с присущим ему внутренним алгоритмом. Последний
может
определяться
некоторыми
структурно-топографическими
и
дополнительными взаимодействиями.
При аминокислотных заменах вероятно не последнюю роль играла длина
сравниваемых по иммунологической реактивности фрагментов. В работе [28]
перекрестная реактивность к гексапептиду GDLQVL оценивалась при замене
каждой аминокислоты на 19 других. Только замена любого из лейцинов
(почти парадокс) приводил практически к 100% утрате всякой реактивности.
Остальные замены чаще всего (около 50% случаев) приводили к резкому
падению ее до 0-20%; либо к сильному, до 30-60% от начальной реактивности,
падению для 22.2% замен; либо к не сильному, до 60-70% от начальной
величины,
падению
–
для
11.1%
замен;
наконец,
падение
было
незначительным или даже наблюдался незначительный рост, до 80-130%, для
16.6% замен аминокислот. Причем замена на ароматические аминокислоты в
85.7% случаев (12 замен) приводила к резкому падению активности; одна
замена (7.1%) давала уменьшение активности вдвое (46%) и еще одна замена
не влияла на активность совсем. Похожая картина складывалась и при замене
на заряженные аминокислоты: в 42% случаев такая замена приводила к
резкому падению активности; в 26.3% к сильному падению; лишь 15.8% замен
на заряженную аминокислоту давали либо незначительный рост, либо
небольшое падение по первичной активности. Заметим, что в самом GDLQVL
гексапептиде ароматических аминокислот нет совсем, а из заряженных –
только отрицательно заряженная аспарагиновая кислота (D), замена которой
5
Однако реактивность линейной и циклической форм 307-329 (MS-486) фрагмента из PND gp120 HIV-1 (BRU-
давала резкое падение активности лишь в случае положительно заряженного
аргинина.
Среди
аминокислотных
групп,
где
замены
способствовали
сохранению или даже повышению (80-130%) иммунной реактивности, 63.6%
таких замен касались всех видов эквивалентности (A-А, K-K и ЭПЦ). Для
группы, где сохранялась достаточно высокая (60-70%) активность было даже
85,7% суммарно эквивалентных замен; для группы, где активность упала до 3060%, эквивалентных по ЭПЦ (и остальным кодам) было 56.3%; суммарно
эквивалентных замен в группе, где активность упала резко, было лишь 44.4%.
Таким образом, и здесь на фрагменте в шесть аминокислот (гексапептиде)
прослеживается та же тенденция (хотя и в несколько расщепленном виде)
уменьшения доли суммарной эквивалентности (ЭПЦ) аминокислотных замен в
группах с резким и сильным падением иммунной реактивности. Вероятно
"работает"
пороговый
уровень
(диапазон)
зависимости
иммунной
реактивности от процентного соотношения сравниваемых ЭПЦ-эквивалентных
аминокислотных последовательностей (методом наложения
без пропусков
фрагментов определенной длины)6. Возможно, свойства соответствующих по
ЭПЦ-коду АК с одной стороны, и их кодонов, несущих пуриновые либо
пиримидиновые корни кодонов с другой стороны, имели здесь некую физикохимическую или иную, возможно, над-физико-химическую, общность.
Особенно интересным оказалось то, что перекрестная иммунологическая
реактивность [25] (к антителам сыворотки против HIV-1,2) между двумя
различными по первичной структуре фрагментами (пептидами 307-329 и 423450 из PND и CD4-BR участков gp120 HIV, соответственно) обнаружила
практически синхронный профиль. При этом первый фрагмент представляет
гипервариабельную, а второй – консервативную область оболочечного
белка. Авторы [25] отмечают шесть общих позиций этих фрагментов:
заряженный лизин дважды, ароматический гистидин, гидрофобные изолейцин
и метионин, умеренно гидрофобный аланин – для обоих фрагментов. Также
штамма) была полностью идентичной [25] - что относят за счет пролинового -изгиба.
6
В нашем случае эта величина составляла 30-35% (и выше) неэквивалентных “по цвету” аминокислот
сравниваемых белковых последовательностей (фрагментов, пептидов) была достаточной для проявления
падения, либо резкого падения перекрестной иммунологической реактивности.
отмечается общность участков GRAFV и GKAMY (из центральной области
PND и CD4-BR, соответственно). Поэтому авторы делают вывод о возможном
сходстве структурных мотивов фрагментов и вероятной общности их
функциональной роли. А выше мы отметили высокую общность по суммарной
эквивалентности
(ЭПЦ)
между
этими
фрагментами,
полученной
при
последовательном наложении их друг на друга без пропусков, и равной почти
90%. Напомним, что для эквивалентности по ЭПЦ необходимо пуринпиримидиновое соответствие корней кодонов аминокислот: A, G - одни, и U, C
– другие по ЭПЦ аминокислоты; серин единственная ("двухцветная")
аминокислота, которая имеет два (G и С) корни кодонов.
Известно, что один из этих фрагментов (307-329) принадлежит
гипервариабельной PND, а другой (423-450) – консервативной CD4-BR
областям. Тогда в контексте подобного подхода можно предположить, что
консервативность второго, как функционально важного для взаимодействия с
CD4-рецептором [25, 26, 30], возможно, поддерживается и обеспечивается за
счет повышенной изменчивости (гипервариабельности) первого. Этот
последний как бы принимает “удар атаки антителами” на себя. И связано это
может быть с ранее выдвинутым предположением о том, что, за счет
эксплуатации механизмов типа наших вПОТ/ВНП-передачи [66, 75], вирус
оказывается способным формировать собственную гипервариабельность.
Причем возможность такого рода событий может таиться в самой природе
специфического иммунного ответа. В этом случае процессинг чужеродного АГ
запускает оба гипотетических (вПОТ + ВНП-передачу) механизма, которые, в
данном контексте, представляют собой просто нормальную защитную
реакцию на чужеродный эпитоп.
Суть процессинга по такой схеме [66, 75] состоит в том, что в макрофаге,
посредством
вПОТ
(вариабельной
Поэпитопной
Обратной
Трансляции
индивидуального эпитопа), сначала возникает один из вариантов нуклеинового
эквивалента (НЭ) эпитопа. Затем НЭ, в составе специальной векторподобной
нуклеиновой последовательности (ВНП), может быть передан Т-хелперной
клетке, которая, как известно, обязательно вступает в тесный физический
контакт7 с макрофагом (подробности в [66, 75, 77]). Далее следует очередная
ВНП-передача
(вместе
с
НЭ)
от
Т-хелперной
клетки
к
низкодифференцированному предшественнику в костном мозге (и, возможно,
тимусе):
mcrph VLNS T-help VLNS LDP
( low differential precursor) .
Тогда пути формирования специфического иммунного ответа, и пути
формирования
гипервариабельности
и
миграции
AIDS-вызывающих
ретровирусов (как наиболее яркий пример, проявляющий потенциальные
возможности
интегрирующих
в
геном
Т-клетки
векторов),
как
бы
пересекаются. В данном случае, пересечение состоит в использовании одних и
тех же клеток (как минимум макрофагов, Т-хелперов) и путей, т.е.
эксплуатации одних и тех же механизмов (включая гипотетические
вПОТ/ВНП-передачи).
Хотя
“стратегически-эгоистические
цели”
выше
названных процессов и конкретные тактические пути реализации их для
вирусов, различных типов клеток и целого организма, могут сильно
различаться (быть разобщенными для различных систем8 ).
Эксплуатация одних и тех же (“обоюдоострых”) гипотетических
механизмов (вПОТ и ВНП-передачи), вероятно, позволяет формировать как
повышенную вариабельность в антигенспецифических участках антител и Трецепторов, так и в и геноме (белках) AIDS-вызывающих вирусов. В некотором
смысле это можно считать ситуацией компенсации, и, по аналогии с
канцерогенезом, “расплаты за эволюцию” многоклеточных организмов. Вирус,
известно, при попадании в клетки, прежде всего иммунные, может пребывать в
свободной и в интегрированной формах. Он способен “открывать двери”
другим вирусам (Эпштейна-Бар, цитомегаловирусу, простого герпеса, HTLV-1,
Вероятно подобные механизмы могут быть ответственны и за формирование идиотип-антиидиотипических
сетей - как волнообразно протекающих процессов, с участием и образованием целого набора “внутренних
образов” [17] активных центров АГ.
8
И наоборот, неограниченное расширение пределов такой ситуации может показать лишь то, что каждая
названная единица (от вируса до организма) стремится выжить, но выжить, во-первых, меняясь внутренне, и,
во-вторых, - совместно (симбиоз – как норма).
7
и др. [66]).
Вероятно, он способен перехватывать предназначенную для
других процессов нуклеиновую информацию9 от различных, прежде всего
иммунных, клеток. В конце концов обеспечивается каскад таких эффектов,
как эффект ускользания, слияния (синцитий-образования), лизиса, истощения
иммунной системы (прежде всего Т-хелперных клеток). Возможно, запускается
цепная реакция расстройств, инфекционных поражений и болезней с
летальной, либо латентной формами иммунодефицита.
2.3. Сравнение различных уровней защиты второго и других оснований
кодонов некоторых аминокислот в белковых продуктах гибридом при
мутациях
В отношении корней кодонов обращает на себя внимание тот факт, что
различные основания кодонов (включая корневые) могут обладать разной
степенью вариабельности, и, следовательно, защиты от мутаций [38, 41, 58].
Рассмотрим замены оснований в кодонах соответствующих аминокислот 16
гибридом (всего 1600 кодонов) генов тяжелых цепей иммуноглобулинов [38].
Эти гибридомы продуцируют МАТы к гаптену нитрофенилу (NP),
вводимому в фиколе, либо с цыплячьим -глобулином. Оказалось, что можно
обнаружить, по крайней мере, 3 уровня защиты по второму основанию
(корню)
кодона
и,
следовательно,
к
потенциальному
сохранению
эквифункциональности свойств взаимодействующих белковых структур. Вопервых, на второе основание приходилось только 24,8%, т.е. четверть (не
треть), всех замен. А на первое и третье основания в среднем приходилось по
37,6% замен (более трети). Во-вторых, общее число транзиций
(но не
трансверсий) для второго основания составляло 60%, тогда как для первого и
третьего оснований в среднем их было по 52,4%. Наконец, в-третьих, среди
трансверсий антикомплементарных (типа А↔U, G↔C) замен (в А-А и К-К
Весьма вероятно, что перехват с участием механизма типа захвата [78] свойственен даже растениям, т.к. в
конце концов проявляется ретротрансподобная (включая gag-, pol- и env-подобные продукты) активность;
растительные PMA-белки проявляют и характерную для протоонкогенов протеинкиназную (мембранную)
активность (АТФ-гидролиз и протонный транспорт меняются).
9
кодах) для второго основания было лишь 10,7%, а для двух других (в среднем)
по 21,8%.
Таким
образом,
мы
имеем
три
коэффициента,
отражающих
предпочтительность в уровнях защиты по 2 основанию (корню) кодона – по
сравнению с первым и третьим основаниями (в среднем). Первый –
коэффициент “избегания любой замены”; он составил 1,504 усл. ед. (37,6/25).
Второй – коэффициент “предпочтительности транзиций перед трансверсиями”,
составил 1,145 усл. ед. (60/52,4). Третий - коэффициент “предпочтительности
избегания антикомплементарных замен” (по К-К и А-А кодам), он составил
2,08 усл. ед. (21,8/10,7). Тогда общий коэффициент предпочтительности
защиты второго основания кодона по сравнению с другими составляет
(перемножением соответствующих трех коэффициентов) 3,51 усл. ед. Вероятно
и
максимальное
сохранение
прежнего
смысла
и
характера
эквифункциональности взаимодействующих белковых структур связано (по
крайней мере в логике А-А, К-К и ЭПЦ кодов, без ) с общим уровнем защиты
оснований (прежде всего второго, т.е. корневого) кодонов соответствующих
аминокислот.
Анализ другой работы [41], где также исследовался антигенный ответ
(включая первичный и вторичный) на гаптен нитрофенил (NP), но с помощью
другого набора гибридом, показал следующее. Для антител, более характерных
для первичного ответа, второе основание (корень) кодона подвергается ~ в
2,3 раза чаще транзициям (~ в 70% случаев), чем трансверсиям (~ в 30%).
Для вторичных антител (связанным, как правило, с соматическими мутациями
и меньшим уровнем гетерогенности), общий процент транзиций по второму
основанию понижался, и был уже лишь чуть выше, чем для первого и третьего
оснований (42 и 38,5%, соответственно), а трансверсии внутри этой группы
антител даже немного преобладали (для корневого и остальных кодонов – 58 и
61,5%, соответственно). Возможно, что такая разница (асимметрия) в
соотношении трзц/трвс для второго и первого/третьего оснований кодонов
при первичном и вторичном ответах не случайна, и отражает более глубокую
генетическую и структурно-топографическую перестройку (перенастройку
эквифункциональности) взаимодействующих с гаптеном белковых структур; в
предыдущем опыте дифференциация ответа на первичный и вторичный
отсутствует. Любая смена буквы (A, G, U, C) корня кодона здесь автоматически
означает замену аминокислоты (за исключением случая с шестикодонным
серином, – единственной двухкорневой, 4С + 2G, аминокислоты).
Анализ нуклеотидных замен для различных областей ретровирусоподобных
элементов
RTLV-1a,1b (человека и шимпанзе) подтвердил
некоторые выдвинутые авторами [58] представления. Это, во-первых, мнение
о том, что, в целом, РНК ретровирусов накапливает на несколько порядков
больше мутаций, чем ядерная ДНК. А также, что чужеродная ДНК в ядерном
геноме значительно быстрее накапливает мутации. Во-вторых, проводилась
оценка характера замен (в последовательности длиной в 581 нуклеотид – что
соответствует длине целого 3’-LTR) по второму (корню) и двум другим
основаниям10 кодонов экспрессируемых областей соответствующих генов и
генетических элементов. Эта оценка, и с учетом соотношения трзц/трвс здесь,
позволяет судить о степени защиты этих областей генома и генов в
сравнительном аспекте – в том числе и для не экспрессируемых областей.
Так показатель трзц/трвс по 5’-LTR (со 121 нуклеотида) был равен 1,16;
для 3’-LTR (с 9481 нуклеотида) – 1,045; а для не экспрессируемой области envгена (с 8161 нуклеотида) он составлял величину 2,09. Во всех трех (gag-, pol- и
env-) генах RTLV-1 элемента уровень защиты по показателю трзц/трвс для
второго основания был высоким: 5.2, 4.25 и 2.7 соответственно. Среди этих
генов только для pol-гена этот показатель для первого и третьего оснований (в
среднем) был еще выше: 2.04, 6.0, 1.6. В среднем для каждого гена показатель
трзц/трвс (в отношении всех нуклеотидов кодона) составлял 3.0, 5.47, 1.8. Эти
показатели
не
противоречат
представлению
о
том,
что
наиболее
консервативным среди генов считается pol-, а наиболее изменчивым – envгены. Каждый из генов был лучше защищен от трансверсий, чем любой из
Такая оценка различных уровней защиты оснований (прежде всего второго) кодонов экспрессируемых (и неэкспрессируемых) районов
может быть информативна при сравнении по критерию “сохранность-потеря” эквифункциональности.
10
LTRs (иное “качество” мутаций). А не экспрессируемые и экспрессируемые
области env-гена по этому показателю были близки (разница лишь в 15%). Это
позволяет
считать
функциональную
роль
обеих
этих
областей
гена
немаловажной.
Однако защита от трансверсий по второму (корневому) основанию
кодона
одновременно
обнаружила
и
определенную
(возможно
компенсационного свойства) асимметричность при сравнении показателя
трзц/трвс и общей доли (%) мутаций в каждом гене. Так самый высокий
показатель трзц/трвс (5.2) был у gag-гена; но именно здесь (по второму
основанию) наблюдалась почти половина (47%) всех мутаций. Для pol-гена
вторая позиция (корень кодона) хотя и имела величину показателя трзц/трвс
более низкую (4,25), чем в среднем для первого и третьего оснований (6,0), но
обнаруживала достаточно низкий (лишь 21,65%) процент (почти пятую часть
от общего) числа мутаций гена здесь. Это также согласуется с представлением
о существенной консервативности этого гена и важности сохранения второго
основания (корня) кодона. Похожая ситуация складывается и для env-гена:
хотя показатель “защиты от трансверсий” (трзц/трвс>1) здесь для второго
основания (корня) кодона (2,7) ниже, чем для pol- (4,25) и gag- (5,2) генов, всетаки внутри гена этот показатель почти в 1,7 (2,7/1,6) раза выше, чем для
первого и третьего оснований. Во-вторых, по второму основанию “проходит”
лишь
четверть
(а
не
среднестатистическая
треть)
всех
мутаций
соответствующих кодонов этого гена.
Таким образом, для разных генов мы наблюдаем разные же сочетания
степени выраженности различных уровней защиты от мутаций (по всем трем
основаниям кодона). В результате не редко обеспечивается предпочтительная
защита второго (корневого) основания кодонов. Вероятно, при нуклеотидных
заменах поддержание различных уровней защиты второго основания является
выражением
необходимости
максимального
сохранения
эквифункцио-
нальности взаимодействующих белковых структур (правило). В то же время
мы не можем исключить ситуации, при которой сохранение эквифункцио-
нальности, зависящей от природы взаимодействующих структур и среды
взаимодействия, может
исключение)
быть связано
корневого
основания.
с необходимостью смены
Более
того,
возможна
(как
ситуация
необходимости отказа от сохранения прежнего смысла эквифункциональности
взаимодействующих структур, т.е. смены качества и необходимости именно не
эквифункциональности взаимодействия таких структур.
3. Возможные глубинные физико-химические основы взаимодействия
белковых структур не ясны
Поиск универсальных критериев (правил, признаков, различных кодов)
взаимодействующих
белковых
структур
ведется
с
помощью
самых
разнообразных методов, подходов, приемов. Среди них – ЯМР [16, 18, 19],
РСА [14, 15, 20, 33, 36, 39, 42-44], КД-метод [18, 27], использование PCRданных [61] и некоторые другие [39]. Исследуются взаимодействия в твердой,
жидкой фазе [14, 20, 23, 27], учитываются различные энергетические
характеристики [5, 15, 33, 37], применяются методы компьютерного
моделирования [16, 18, 19, 20, 40]. Кроме того, используются синтетические
гомологи, аналоги, ретроаналоги, а также консенсусные эквифункциональные
фрагменты природных белков [3, 4, 13, 14, 24, 30-34, 42], фаговые,
бактериальные, пептидные и непептидные библиотеки [14, 30], метод сайтспецифического мутагенеза [13, 39, 40]. Метод оценки и поиска универсальных
критериев ведется с участием разнообразных биологических систем (включая
иммунологические,
белок-лиганд-гаптен-рецепторные,
подобные).
Среди
последних обязательно находятся системы, включающие участки повышенной
вариабельности и консервативности [13, 14, 24-26, 30, 34, 37]. Несмотря на это,
среди исследователей (в том числе ведущих в своих направлениях) постоянно
встречается мысль о том, что глубинные физико-химические причины,
обеспечивающие основу таким взаимодействиям, все еще остаются неясными,
не вскрытыми [12-14, 19, 20, 27]. Не исключено, поиск необходим в связи с
фундаментальными особенностями, основами самого генетического кода [14].
3.1. Афинность и специфичность
Анализ работ, связанных с определением афинности и специфичности
белок-белкового взаимодействия показывает, что эти два понятия можно
разделить (разобщить). Хотя, во многом, они перекрывают друг друга – по
крайней мере, частично. Вероятно (иногда очевидно), что не всякое
взаимодействие специфично [14, 18, 20, 21, 23, 27, 40, 41]. А саму
специфичность узнавания взаимодействующих белковых молекул делят не
менее чем на первичную (более тонкую), природа которой менее понятна, и
вторичную, проявления которой ближе к афинности [3, 6, 8, 13, 20, 21, 27].
Неудивительно, что постоянно находятся работы и авторы, отрицающие
главенствующую
роль
какого-либо
единственного
критерия
(правила,
принципа, кода) [13, 15, 18, 24, 36, 40]. Как правило, это происходит в пользу
другого (противоположного, сходного) критерия – или, даже, различных
вариантов их сочетаний [12, 14, 15].
В принципе это лишь подтверждает, что:
1. Глубинные фундаментальные физико-химические причины искомых
взаимодействий действительно остаются неясными.
2. Исключения, всегда обнаруживаемые для каждого правила, принципа,
кода (любого критерия), лишь подчеркивают вероятность существования
дополнительного критерия, “Правила Исключений”.
Это правило может проявляться в обнаружении не только вышеназванных
исключений, но и целых наборов относительно новых сочетаний критериев.
В свою очередь, такие сочетания, не исключено, косвенно обнаруживают
возможность
плавного
“перетекания”
(переключения)
свойств
взаимодействующих белковых структур и фрагментов. Тем более что свойства
(по какому-либо критерию) свободных и полимеризованных в белки и пептиды
некоторых аминокислот, в зависимости от условий среды, могут колебаться от
определенно и резко выраженных – до амфипатических. Удобнее всего это
наблюдать
при
замене
одной
или
взаимодействующих
белок-белковых
эквифунциональность
и
находящихся
более
известных
структур,
под
аминокислот
сохраняющих
прямым
или
свою
косвенным
экспериментальным контролем [1, 3, 4, 5, 10, 13, 24, 32, 44, 47]. Согласно
этому правилу сохранение главенствующей роли любого из принципов
(правил, кодов, их сочетаний) всегда может быть нарушено вместе с
изменением некоторых параметров, – как среды взаимодействия, так и
внутренних свойств взаимодействующих структур. Однако, обеспечивая
гибкое переключение свойств взаимодействующих структур, “Правило
Исключений” не отменяет сохранения таких свойств в отношении любого из
вышеназванных критериев в динамически стабильных (метаболически
равновесных) условиях. Оно лишь дополняет эти правила еще одним,
действующим в отсутствии вышеназванных условий.
3.2. Возможная сопряженность процессов формирования генетического
кода (разнообразия в его рамках), вПОТ/ВНП-передачи механизмов, и
взаимодействия с некоторыми физическими факторами
С точки зрения разработки “глубины и фундаментальности” физикохимических причин, обеспечивающих основу взаимодействующих белковых
структур, кроме обозначенных принципов, правил, кодов (критериев),
определенную роль может сыграть ранее высказанное предположение [66, 69].
Оно
касается
соответствия
формирования
эпитопа
(между
так
называемого
каждой
аминонуклеинового
аминокислотой
эпитопа
и
соответствующими нуклеотидами нуклеинового эквивалента, НЭ, этого
эпитопа). При этом в хлоропластах (Хп) фотосинтезирующих организмов,
вероятно, может эксплуатироваться один из вариантов вПОТ-механизма, также
прямо или косвенно (и помимо различных внутренних причин и условий)
зависящий от энерголучевого потока, ЭЛП {действующего на фоне всех
полевых и физико-химических особенностей данного региона поверхности
Земли (биосферы)} [66, 69]. Такая зависимость, не исключено, может
формировать (“наполнять”) аминонуклеиновое соответствие взаимодействиями
более глубокого, чем электронный, уровня – элементарных частиц (прежде
всего фотонов), опосредуемых квазиэлементарными частицами глико-липопротеидных
компонент
жидкокристаллических
внутренних
мембран
органеллы. Это согласуется с представлениями [29, 63], согласно которым
клетку действительно можно считать не только электрон-, но и фотонзависимой управляемой машиной11.
А предположение о формировании аминонуклеинового соответствия
появилось в связи с тем фактом [66, 69, 70], что, в отличие от митохондрий
(Мт), генетический код хлоропластов почти так же универсален, как и
ядерный генетический (УГК) код. Универсальное ядерное кодирование
характерно для одно- и многоклеточных организмов всех трех природных
царств (бактерий, архебактерий, эукариот) целой биосферы. Во-вторых,
именно в хлоропластах обнаружен полный набор тРНК-генов цитоплазмы (32
вида, всего 37). В митохондриях этот набор резко минимизирован (до 22-24
тРНК-генов у животных, и до 27 – у высших растений), а генетический код
здесь почти всегда (исключения касаются, в частности, некоторых генов S.
pombe [72]) - имеет некоторые отклонения от УГК [66, 72].
Интересно, что существует гипотеза, касающаяся этого “более глубокого, чем электронный” (фотонного)
уровня в отношении митохондрий [46], где протон-электронный (мембранный) Митчелловский перенос и
синтез АТФ (при фотоактивации соответствующих ферментов) считаются совместимыми (либо прямо
зависящими) от компенсационного испускания квантов света – фотонов. Сам процесс вПОТ не совсем
“простой”, и, возможно даже, двуматричный. На роль одной матрицы претендует белковый эпитоп (в 5-10
аминокислот), взаимодействующий с набором либо тРНК, либо Аа-тРНК мембраносвязанных рибосом
митохондрий и хлоропластов (тилакоидов). На роль другой матрицы претендуют сближенные (либо вырезанные
и вновь соединенные) антикодоновые участки (они могут выполнять и роль затравки при нуклеиновом синтезе)
соответствующих тРНК (Аа-тРНК), когда необходим синтез НЭ эпитопа с помощью полимеразной (скорее
РНК-зависимой-РНК-полимеразной) реакции. Такой примембранный процесс, вероятно, зависит от множества
ансамблевых кооперативных взаимодействий всех компонентов системы (прежде всего внутренней мембраны
органелл) и имеет различные, включая иммунологические, биохимические, молекулярно-биологические,
биофизические проявления. Последние включают, в том числе, и нелинейную зависимость от таких “быстрых”
эффектов и квазичастиц (как солитоны), которые, в свою очередь, связаны с другими элементарными и
квазичастицами, а также физико-химическими и полевыми влияниями [29, 63, 64, 66].
11
Геном хлоропластов интронирован, автономен, и принято считать, что в
процессе
эволюции
[70,
71]
нуклеиновая
информация
поступает
из
хлоропластов в митохондрии и ядро, но не наоборот. Это находится в
соответствии с тем фактом [73], что значительная часть (до трети) генов
хлоропластов кодируется и синтезируется только в этой светособирающей
органелле. Эти гены не имеют своих ядерных “двойников” [72] (в
митохондриях почти все гены таких двойников имеют); генетические коды
ядра и митохондрий отличаются по степени универсальности кода. Кроме
самого генома, в хлоропластах есть гетерогенные линейные и кольцевые, типа
минихромосом,
нуклеиновые
последовательности
[70].
Важно
и
предположение, что в хлоропластах как бы «впрок» нарабатываются
нуклеиновые эквиваленты (НЭ) отдельных эпитопов [66, 69], которые в составе
вектор-(вирус)-подобных
нуклеиновых
последовательностей
(ВНП)
перераспределяются между различными видами фотосинтезирующей и
нефотосинтезирующей
осуществляется
частей
биосферы.
многоступенчато
(в
одной
Само
перераспределение
клетке;
между
геномами
организмов одного/группы сообществ), и, вместе с носителями этого
перераспределения
(ВНП),
обеспечивается
т.н.
системой
генетической
челночной обратной связи (ГЧОС-системой) [66].
Названные процессы (зависимые от ЭЛП формирование кода и
разнообразия в его рамках; перераспределение нуклеиновой информации
между
различными
обеспечиваются
частями
двумя
биосферы
гипотетическими
с
участием
механизмами,
ГЧОС-системы)
биологическая
целесообразность существования которых ранее обосновывалась [66, 69, 75].
Первый – вариабельная (поэпитопная) обратная трансляция отдельного
эпитопа (вПОТ-механизм). Второй механизм – внутри-/межклеточная передача
вектор-подобных нуклеиновых последовательностей (ВНП-передача, ГЧОСсистема). В результате вПОТ небольшой белковый фрагмент (эпитоп) в 5-10
аминокислот, возможно, превращается в мини-матрицу для синтеза одного из
вариантов нуклеинового эквивалента этого эпитопа. Процесс протекает в
клеточных органеллах (по крайней мере, митохондриях, хлоропластах), и с
участием полного набора имеющихся там тРНК и рибосом. Отличительная
черта таких рибосом – большая, чем в цитоплазме, мембранозависимость их и
тРНК
(имеется
ввиду
внутренняя
мембрана
митохондрий
и
хлоропластов/тилакоидов; некоторые подробности см. в [66]). Один из
вариантов нуклеинового эквивалента эпитопа12 в составе специальной ВНП,
как сказано выше, может быть передан внутри-, либо межклеточно.
Характер
использования
зависит
от
аминокислотных
гипотетических
выбора
замен
в
результате
вПОТ/ВНП-передачи
изучаемой
системы. Так
потенциального
механизмов сильно
при
анализе характера
мутационных замен для гомологичных белков филогенетически близких
видов [10], таких как интерферон, инсулин, гормон роста, нейропептиды Y и
YY, кальцитонин, ангиотензин, паратиреоидный гормон, тимопоэтины,
эндорфины, (др.), можно обнаружить преобладающее множество (63,5%) так
называемых
симметричных
аминокислотных
замен.
Сохранение
эквифункциональности белковых структур при таких заменах обеспечивалось
эквивалентными аминокислотами в рамах А-А, либо К-К кодов (второй более
вырожден и включает первый как часть).
Интересно, что среди несимметричных аминокислотных замен (общая
доля которых составляла ~36,5%) для гормонов роста свиньи, быка, овцы,
лошади, крысы, человека и обезьяны ([10] стр. 255), преобладающим был
ЭПЦ-тип замен. При ЭПЦ-типе замен корни кодонов (A, G, U, C) заменяемых
аминокислот оставались либо пуриновыми (AG), либо пиримидиновыми
(CU), и составляли почти 60 процентов несимметричных (или 22% всех)
замен. Тогда суммарная эквивалентность, включающая все три кода (А-А, КК, ЭПЦ), будет составлять 85,5% (63,5% + 22%) здесь; (14,5% остается на долю
корневых замен типа A,GC,U). Скорее всего, вышеназванные А-А, К-К, ЭПЦ
замены регистрируются как статистически наиболее вероятный результат
эволюционно
12
длительного
природно-естественного
поиска,
когда
Длина иммунодоминантного эпитопа составляет обычно 4-7 (до 10) аминокислот [6, 14, 20, 24, 34, 37, 42, 44, 65, 66].
промежуточные варианты (период “проб и ошибок”) остаются как бы за
кадром. При этом «поисковый» путь с возможным участием гипотетических
вПОТ/ВНП-передачи механизмов, может быть связан с существованием
взаимосвязанных (например, иммунологической, регуляторной, др.) компонент
конкретной генетической системы. Поэтому, при эксплуатации вПОТподобных
механизмов,
кроме
наблюдаемых
завершающих
аминокислотных замен вероятно существование множества
вариантов
потенциально
возможных промежуточных вариантов. Последние могут определяться
конкретной динамикой смены аминокислот, характеристических особенностей
условий и природой самих взаимодействующих структур в клетке (ткани,
органе, организме). Причем наибольшая вероятность появления тех или иных
замен
аминокислот,
вероятно,
диктуется
статистической
заданностью
вариантов конкретных условий реализации механизмов (правило), тогда как
возможное
отклонение
по
каждому
из
положений
вариабельно
обратнотранслируемого эпитопа связано с неинвариантностью в выборе (тРНК,
Аа-тРНК, др. [66]) и “вырожденностью ответа” по каждому правилу, принципу,
коду (правило исключений).
4. Вариабельная обратная трансляция отдельного эпитопа (вПОТ) и
центральная молекулярно-биологическая догма (ЦМБД) – совместимы
Действительно,
центральная
молекулярно-биологическая
догма
и
механизм вПОТ не противоречат друг другу (как этого можно было бы
ожидать). Ведь при вПОТ речь идет не о целом белке, а лишь о незначительном
по длине фрагменте его (эпитопе в 5-10 аминокислот), который сам по себе (по
отдельности) даже “не равен самому себе” в составе целого (нативного) белка
по возможному набору допустимых конформаций - во-первых. Во-вторых, при
вПОТ
речь
идет
о
возможности
осуществления
неоднозначного
аминонуклеинового соответствия – т.е. инвариантности, как для пути-схемы
ДНКРНКбелок,
нет.
И,
наконец,
в-третьих,
формируемое
аминонуклеиновое соответствие, характерное для генетического кода (УГК и,
возможно, других), оказывается в зависимости (см. [66, 69]) от “третьей силы”
(ЭЛП). В этом смысле роли аминокислотных (белковых) и нуклеиновых
структур, как бы уравновешивается, Это заставляет переосмыслить, но не
отбросить
ЦМБД.
При
таком
подходе у исследователей
появляется
возможность непротиворечиво преодолеть ЦМБД “в обход” (без “лобового”
столкновения); это свойство характерно, в частности, многим биохимическим
процессам13. В соответствии с ранее предложенным [66], вПОТ-механизм –
примембранный, протекающий в митохондриях и хлоропластах процесс, с
участием всех имеющихся в органеллах видов тРНК. Помним, однако, что в
хлоропластах набор и число видов тРНК-генов равен таковому в цитоплазме, а
в митохондриях он резко ограничен – до почти по одной тРНК на каждую
аминокислоту [70, 72]).
В
отличие
от
Хп,
современные
митохондрии
не
являются
световоспринимающими (в специальном смысле) органеллами. Поэтому Мт
вряд ли по степени значимости (на базе известного, и с учетом гипотетических
вПОТ/ВНП-передачи механизмов) могут сравниться с Хп по степени
ответственности за формирование современного УГК. Хотя есть организмы
(например, аскомицет S. Pombe, Clamydomonas [72]), в митохондриях клеток
которых отклонений от УГК-кода не обнаружено. Мт-геномы автономны (хотя
у животных, например, существует набор большинства генов-“двойников” в
ядре), не интронированы у животных и интронированы у растений и грибов
[70, 72]. Генетические митохондриальные коды, как правило, имеют то или
иное отклонение от УГК (у высших растений – оно минимально [72];
количество тРНК-генов здесь, 22-27, несколько выше, чем у животных/грибов).
В митохондриях также, кроме собственных геномов, обнаруживаются
гетерогенные линейные и кольцевые нуклеотидные последовательности, а
мутабельность митохондрий и хлоропластов в среднем почти на порядок (и
более) превышает таковую для ядра [70, 72]. Механизмы синтеза ДНК в обеих
Все, что касается обоснования биологической целесообразности и непосредственно подробностей
гипотетических вПОТ- и ВНП-передачи механизмов - более подробно см. в [66, 69, 75].
13
органеллах связаны с механизмом “катящегося кольца”, который запускается за
счет почти непрерывного синтеза/распада так называемых затравочных 7SРНК (7S-ДНК), необходимых для инициации синтеза Д-петли, включающей в
себя гипервариабельную область [72]. Существует множество молекулярнобиологических
и
биохимических
подробностей
[66],
позволяющих
предположить, что именно (или, по крайней мере) в митохондриях и
хлоропластах, скорее всего, возможен (и даже необходим) механизм, подобный
вПОТ14 .
5.Вероятные механизмы преемственности, связи и обмена генетической
информацией между различными геномами (с универсальным и
нестандартным видами кодирования) в сообществе (группе сообществ)
биосферы. Возможный сортинг эпитопов
Почти все известные сегодня клетки одно- и многоклеточных
эукариотических организмов (грибы, растения, животные) имеют ядерный и
митохондриальный геномы одновременно. Митохондрии различных видов [72]
имеют различные отклонения от УГК, присущего ядерным15 геномам. Тогда
для различных видов, очевидно, мы наблюдаем множество различных
сочетаний этих
для чего-то эволюционно сосуществующих геномов (и их
кодов). Ранее предполагалось [66, 69], что эволюция генетического кода
может быть связана с ЭЛП. Однако, в свою очередь, на протяжении
миллиардов лет ЭЛП вряд ли оставался неизменным (т.е. ЭЛП-поток тоже
эволюционировал). Нельзя исключить, что различные митохондриальные
геномы (коды с отклонениями от универсального кодирования), есть просто
фиксируемые природой множественные попытки создания в прошлом
очередного (возможно в чем-то универсального) генетического кода. Для
микоплазм (внутриклеточных паразитов большинства клеток многоклеточных
организмов) также характерен сильно вырожденный генетический код с
Специальное обсуждение биологической целесообразности, возможной значимости [66], а также детальной
разработки этих гипотетических механизмов не является целью данной работы.
14
отклонениями от УГК [74]. Внутри любой эукариотической клетки почти
всегда имеются два различных генома: с универсальным кодированием в ядре
(у высших растений и в хлоропластах), и с отклонениями от УГК в
митохондриях. Для клеток, содержащих геномы с различным кодированием
одну из наиболее вероятных причин существования механизмов, подобных
вПОТ (и ВНП-передачи), можно сформулировать как “необходимость
перевода нуклеиновой информации с языка одного кода на другой” [69].
Действительно, нуклеиновая информация, содержащаяся в геномах с
отклонением от универсального кодирования 16, будучи не переведенной на
универсальный язык ядерного кода (различных видов биосферы), может для
последнего оказаться потерянной. Формируясь при относительно новых
условиях,
УГК,
нуклеиновой
вероятно,
обогащается
информации17 .
Трудно
за
счет
представить,
относительно
чтобы
новой
ядерные
и
митохондриальные геномы (хотя бы и с разными кодирующими свойствами)
на протяжении многих миллионов лет сосуществовали в одной клетке
случайно и без последствий. Факт того, что почти все гены митохондрий
животных
имеют
своих
ядерных
двойников,
может
быть
объяснен
совокупным действием механизмов типа переноса нуклеиновой информации
(мобильные, подвижные элементы, “прыгающие” гены, рекомбинации и т.д.
[48-62]). Однако почему не исчезает систематическое разночтение одних и тех
же кодонов (некоторых аминокислот, терминирующих и инициирующих
сигналов), и все или только часть их в разных генетических системах
переписываются редактированием РНК – пока не известно. В любом случае
можно
допустить,
что
вПОТ/ВНП-передачи
механизмы
могут
быть
ответственны за межгеномную, и/или межкодовую ретрансляцию18.
Кроме в.н. могут быть и другие аргументы, связанные с вПОТ/ВНПпередача-механизмами
(подобными)
именно
в
смысле
необходимости
У фотосинтезирующих здесь, естественно, вовлекаются еще и геномы хлоропластов.
Множество геномов митохондрий, микоплазм и др. подобн.
17
Хотя утверждения подобного рода и остаются “вещью в себе” (по крайней мере, до поры до времени), всетаки подобные предположения не лишены оснований.
18
Один из вероятных претендентов на роль такого ретранслятора - вПОТ-подобный механизм [69].
15
16
функционирования их (в том числе) в качестве своеобразного межкодового
ретранслятора. Участки длиной в эпитоп имеют небольшие размеры, но,
постоянно (на протяжении миллионов лет) подвергаясь “проверке на
взаимосоответствие” при вПОТ, белковая и нуклеиновая (НЭ) компоненты
эпитопа, не исключено, участвуют в процессе, смысл которого может состоять
в обеспечении сортинга этих компонент и формирования генетического кода
(разнообразия в его рамках).
Здесь важен, во-первых, факт, что среди аминокислот есть двукорневая
АК – серин (2G + 4C корня кодонов). Возможно, серин является одним из
факторов регуляции общего пурин-пиримидинового (по К-К корню) обмена и
соотношения в соответствующих G/C-обогащенных районах нуклеиновых
последовательностей19 . Этот же фактор может быть важным при сравнении как
различных генетических элементов и различных участков одного и того же
элемента внутри одного генома, так и между геномами с различными
генетическими кодами. Во-вторых, S и L имеют, соответственно, по одномудвум терминирующим антикодонам, а сами терминирующие кодоны, при
смене генетического кода с УГК на не-УГК, могут кодировать различные
аминокислоты (триптофан, др.) [1-10, 68, 72]. Можно видеть, что для геномов с
различными видами кодирования один и тот же кодон может означать
различные аминокислоты: аргинин (CGG) в УГК, и триптофан в митохондриях
кукурузы; изолейцин (AUA) в УГК, митохондриях кукурузы, Chlamydomonas,
N. Grassa и трипаносомы, и метионин в митохондриях животных 20. То же
повторяется и в отношении других вариантов: а) терминирующий21 сигнал и
аминокислота: терминирующий кодон (UGA) в УГК, митохондриях кукурузы,
Chlamydomonas, и триптофан в митохондриях животных; б) аргинин (AGA) и
серин (AG/Pyr) – соответственно, для УГК и митохондрий дрозофилы, и
для митохондриальных геномов высших растений замечена 53-55% обогащенность по AT-парам [72]
дополнительно, кодону CUA в УГК соответствует лейцин, а в митохондриях S. cerevisiae - треонин. В
митохондриальном геноме некоторым кодонам отдается явное предпочтение [72].
21
митохондриальные гены обычно не имеют полных терминирующих кодонов, а имеют лишь U либо UA,
предполагающие достройку до UAA при полиаденилировании.
19
20
терминирующий кодон для митохондрий животных22 ; аргинин (AGG) в УГК, и
терминирующий кодон в митохондриальном коде животных; инициирующую,
либо неинициирующую аминокислоту (соответственно): для изолейцина
(AUU) в митохондриях животных, и УГК; для валина (GUG) в митохондриях
животных23,
и
УГК.
Таким
образом
существует
достаточное
число
потенциально “переключательных” кодонов (не менее восьми пока).
Заметим, правда, что потенциальная роль редактирования (C→U и A→I, др.) на
РНК-уровне была еще недоизучена.
В-третьих, именно в митохондриях [66, 69] используется упрощенный по
числу видов (и общему числу) тРНК-генов [22-24 вместо 32х (37)] механизм
декодирования24 [72]. Например, одна мт-тРНК с немодифицированным U в
первом положении антикодона способна прочитать все кодоны своей
аминокислоты. У животных по 2 мт-тРНК имеют только L и S, размер
псевдоуридиновой (T--C) петли сильно варьирует, а консервативная
последовательность полностью отсутствует. Наиболее необычна сериновая
(AGU) тРНК [72]: у нее полностью отсутствует дигидроуридиновая петля.
Другая сериновая, как и лейциновая (UUR) и глутаминовая тРНК мыши
(антикодон UCN), имеет полностью каноническую форму. У млекопитающих
тРНК митохондрий содержат до 25% отличий: наибольшие отличия по
псевдоуридиновой (TC)-, а наименьшие – по антикодоновой петле.
Митохондриальные гены человека (кроме 2х генов) разделены тРНК как
своеобразными “знаками препинания”; эти гены подвергаются тРНКопосредованному процессингу [72]. Одноименные митохондриальные гены
высших растений имеют до 10% различий.
Оба антикодона лейцина (UAA и UAG) соответствуют терминирующим сигналам в обоих – в УГК и в
митохондриальном кодах.
23
AUG - инициирующий кодон метионина в УГК и в митохондриальном кодах.
24
Возможны два варианта сбоя в механизме декодирования посредством гипотетической вПОТ: первый - когда
происходит несоответственное спаривание между аминокислотой и тРНК, либо аминокислотой и
антиаминоацил-тРНК (в соответствии с А-А кодом [65]); второй - “ошибка” при полимеразной реакции на
сближенных антикодоновых участках тРНК - как на матрице [66].
22
Обнаруженная динамика смены аминокислот (и кодонов их) по
критериям встречаемости и доступности-упрятанности в различных областях
иммуноглобулинов (CDRs, framework, вариабельных доменах), и по сравнению
с десятками и сотнями контрольных белков [15], вероятно допускает
предположение о существовании неких механизмов компенсации. Ими, в
частности, могут быть подобные нашим вПОТ/ВНП-передачи механизмы
динамически стабильного поддержания гипервариабельности (и, возможно,
консервативности
также).
Ранее
[66]
обосновывалась
биологическая
целесообразность, и конкретизировалось вероятное “место действия” (вид
клеток, локализация процессов в клеточных органеллах – митохондриях и
хлоропластах)
гипотетических
вПОТ/ВНП-передачи
механизмов.
Здесь
приводятся некоторые аргументы (факты) в пользу того, что подобные
механизмы, возможно, также необходимы для межгеномной и, не исключено,
межкодовой ретрансляции. Нуклеиновые фрагменты – продукты такой
ретрансляции – могут использоваться для обмена нуклеиновой информацией
внутри одной клетки (между геномами органелл: ядром, митохондриями,
хлоропластами; а также вирусными, микоплазменными и другими геномами), и
между клетками одного или различных организмов.
Другие вероятные смыслы существования механизмов типа вПОТ/ВНПпередачи
могут
быть
связаны
с
необходимостью
поддержания
иммунологических и регуляторных функций (см.[66]). В этом смысле
иммунологические (подобные) системы различных видов, вероятно, способны
не просто дифференцировать и анализировать, но, иногда, и усваивать чужое
(толерогенность) как свое. И процессы эти могут зависеть от природы агента
(информации, заключенной в конкретном белковом эпитопе), с которым
сталкивается данный организм (клетка). Т.к. предполагается, что при вПОТ
эпитоп в конкретной клетке подвергается своеобразному сортингу, то
возможна не только иммунологическая, но и регуляторная функция (т.е. и
качественная, и количественная) корректировки экспрессии отдельного
эпитопа в составе соответствующего синтезируемого белка [66].
При
таком
рассмотрении
многоклеточного
организма
важно
представление о том, что функционирование ГЧОС-системы осуществляется в
рамках сообщества, в которое входят от вирусов, микоплазм (и др.
внутриклеточных),
одноклеточных
(бактерий,
грибов,
растений)
–
до
многоклеточных организмов (грибов, растений, животных). При этом учтем
несколько факторов. Некоторые вирусы (такие, как рабдо-, бунья-, потивирусы
и др.) могут иметь 2х облигатных хозяев (среди растений и насекомых,
насекомых и теплокровных животных). Также 2х хозяев (насекомые и
животные/растения)
могут
иметь
такие
простейшие,
как,
например,
трипаносомы. Некоторые растительные РНК-вирусы могут обладать Mg2+зависимой ревертазоподобной активностью при температуре, характерной для
теплокровных животных [66, 76]. Каждая ткань может экспрессировать свой
специфический набор различных эндогенных ретровирусоподобных (РВП)
последовательностей и проявлять избирательную тропность по отношению к
некоторым экзогенным векторам. Все вместе это обозначает потенциальную
способность в.н. названных объектов выполнять роль специфического
плацдарма
(хранилища)
для
определенных
РВП
(и
вектор-подобных)
последовательностей25 . Таким образом, каждая ткань как бы “собирает и
резервирует” нуклеиновую информацию, поступающую от различных видов
данного сообщества (группы сообществ, различных частей биосферы). В свою
очередь, ткани могут такую информацию переадресовывать, хотя бы и
чрезвычайно редко (ссылки в [66]) в герминативные клетки26 (100%-е барьеры
биологических тканей маловероятны).
Здесь важно, что для митохондрий известно несколько блоков гомологии генома органеллы [72] с
ревертазами различных (более 7) ретровирусов, и наличие последовательности 3’-GGCCG-5’-мишени для
РНКазы-H.
26
В свое время Ч.Дарвин выдвинул “теорию пангенезиса” о передаче некоторой наследственной информации из
соматических клеток (в виде так называемых «геммул») в герминативные клетки; не имея возможности
25
5.1. Возможная сопряженность обратной транскрипции и гипотетических
вПОТ/ВНП-передачи механизмов при конструировании различных
клеточных векторов. Возможный новый “элементарный кирпичик”
наследственности. Фено-генотипическое равновесие.
Возвратимся к работе гипотетических механизмов вПОТ/ВНП-передачи27
(внутри-, межклеточно), сопряженных, во-первых, с воспроизводством НЭ-тов
эпитопов (с участием ЭЛП) и встраиванием их внутрь ВНП в хлоропластах.
Во-вторых, подобные процессы идут в митохондриях, причем вПОТ-механизм
вероятно может быть сопряжен с необходимостью ВНП-передачи для
поддержания иммунологических и регуляторных целей. Заметим, что
регуляторная компонента может рассматриваться как бифуркирующая: одна
касается биохимического, а другая генетического аспекта. В этом случае
второй аспект (генетический) будет связан с возможностью работы вПОТмеханизма в качестве
межгеномного/межкодового ретранслятора. Такой
механизм (условно) позволяет переводить нуклеиновую информацию с языка
одного (например, одного из неуниверсальных) на язык другого (в общем
случае
универсального)
генетического
кодов.
Однако
помним,
что
неуниверсальность кодирования пока недоизучена, и может оказаться
кажущейся,
если
в
каждом
случае
будет
показан
какой-либо
вид
редактирования РНК.
Заметим также, что, как правило, в любой эукариотической клетке есть
геном
с
универсальным
ядерным
(плюс
хлоропластным
у
фотосинтезирующих организмов) генетическим кодом, и геном с теми или
иными отклонениями от универсальности кода в митохондриальном геноме.
Кроме того, вряд ли для какой-либо клетки (организма) существуют
однонаправленные (горизонтальные) потоки нуклеиновой (генетической)
экспериментально подтвердить это предположение, оставил эту теорию без разработки. Однако сегодня в этом
направлении продвинуться легче [69].
27
В широком смысле ВНП-передача [66] есть то же самое, что и функционирующая ГЧОС-система; меняются
только точки отсчета: при рассмотрении целой биосферы проще говорить о ГЧОС-системе, а при рассмотрении
отдельных клеток - например, макрофагов (и др. презентирующих), Т-хелперов при процессинге антигена - о
ВНП-передаче между ними (или внутри них - например, между ядерным и митохондриальным геномами).
информации. Т.е. скорее всего генетическая связь должна быть двусторонней
(челночной). Это означает, что каждый организм (клетка) получает такую
информацию от одного множества источников (А1), а передает другому
множеству (А2), причем между А1 и А2 множествами может быть частичное (в
редком случае полное или почти полное) перекрывание. В сложной системе
сообщества (группы сообществ) связи между входящими в него (в них)
организмами, скорее всего лишь частично перекрываются, а сама биосфера,
как макроорганизм, имеет свои входящие (как бы анаболические) и
нисходящие (как бы катаболические) феногенотипические (метаболические)
пути. Эти пути могут иметь свои физико-химические, полевые особенности в
каждом отдельном регионе (участке поверхности Земли, биосферы [66]).
Ранее
выдвигались предположения
существовании
многоступенчатой
и
и
обоснования
(см. [66]) о
многоканальной
системы
взаимодействия между экзо-, эндогенными вирусами, ВНП и хозяйскими
геномами организмов (в сообществах от вирусов, фагов, простейших – до
высших эукариот). Кроме того, существуют представления [48-62; 79],
согласно которым обратная транскрипция необходима для существования и
жизнедеятельности
не
только
ретровирусов
(и
подобных,
включая
эндогенные), но и для формирования дефектных и псевдогенов28 животных.
Существование двух последних сопряжено также с функционированием таких
механизмов, как амплификация, рекомбинация, трансдукция, трансверсия, а в
отдельных случаях – с горизонтальной и вертикальной передачей
нуклеиновых последовательностей (генов, частей их), встройкой подвижных
элементов, онкогенов и других генетических элементов. Последние могут
содержать одну-две открытые рамки считывания (ОРС), продуцирующих, в
частности (при интеграции в стволовые кроветворные клетки), “суперантиген”
[55, 57].
Такие генетические элементы и молекулярно-биологические механизмы
необходимы для формирования, настройки и регуляции работы (с учетом
Очень интересна информация о рекомбинации РНК различных и гомологичных ретровирусов при совместной
упаковке их в совместном вирионе [79].
28
принципов прямой и обратной связей) собственно генов. Однако каждый из
генов устроен достаточно сложно и включает много отдельных частей:
промоторы, энхансеры, экзоны, интроны, терминальные последовательности,
имеющие индивидуальную эволюционную историю 5’- и 3’-части, др. В силу
этого ген постепенно утрачивает способность удовлетворять понятию
“элементарный кирпичик” наследственности [69], хотя от этого роль гена не
перестает оставаться чрезвычайно важной. На роль такой единицы, в
частности, может претендовать один из вариантов НЭ (~ в 15-30 нуклеотидов)
эпитопа в 5-10 аминокислот. При этом НЭ эпитопа может иметь или не иметь
фенотипического проявления в одном из геномов какого-либо биологического
вида – члена сообщества (группы сообществ), все организмы которого
объединены общей ГЧОС-системой биосферы.
Предполагается, что механизмы типа вПОТ/ВНП-передачи работают
сопряженно с перечисленными молекулярно-биологическими механизмами и
RT-активностью. При этом может обеспечиваться своевременная генетическая
коррекция различных участков генома, генетических элементов (которые могут
быть и частью будущих генов), и самих генов. Сопряженность вышеназванных
процессов наиболее вероятна для ретровирусов, подобных элементов.
Амплификация
участков
генома
может
предшествовать
проявлениям
полиморфизма белков, ферментов, рецепторов, антител, др. В случае участков
и
областей
генов
иммунологически
компетентных
клеток
подобные
механизмы, в конечном счете, могут способствовать формированию целого
спектра
(включая
промежуточные
этапы)
событий
–
от
высокой
иммуногенности, до почти полной толерантности.
В данном контексте геном в целом является местом, где происходит
посадка, сборка-разборка и перекомпоновка генетического материала (генов,
частей их, генетических элементов). Механизмы типа ВНП-передачи (внутрии межклеточный обмен нуклеиновой информацией) в различных генетических
системах (для бактерий и эукариот) [66], уже показаны. К ним относятся:
обмен
половыми
кассетами
и
плазмидами
(бактерии);
опосредуемые
плазмидами эффекты: цитоплазматической мужской стерильности, ЦМС, у
высших растений, устойчивости к лекарствам и гербицидам у высших
растений и животных; др.
Ранее предполагалось, что эволюционно важное генетическое движение
обеспечивается, по крайней мере, двумя группами взаимно пересекающихся
процессов
[66].
Первая
группа,
вероятно,
обеспечивает
попадание
нуклеиновой информации непосредственно в ядерный геном, т.е. “сверху”, в
составе любых ВНП (включая вирусы и подобные). Эти векторы способны к
интеграции, закреплению, транспозиции в геноме. Вторая группа механизмов,
вероятно,
обеспечивает
многократное
востребование
той
или
иной
нуклеиновой информации из генома “снизу”. Речь идет, прежде всего, о НЭ
эпитопа (группы эпитопов) того или иного белка. Действующими внутри
различных антигенпрезентирующих (макрофагов, дендритных, Лангерганса,
купферовских, астроцитов, др.) клеток являются механизмы типа вПОТ/ВНПпередачи. Хотя, заметим, эти механизмы внутри более широко действующей
ГЧОС-системы
(при
«наработке»,
включении
НЭ-тов
в
ВНП
и
перераспределении их между фотосинтезирующей и нефотосинтезирующей
частями биосферы) могли быть использованы также и первой группой.
Соблюдение баланса между этими двумя группами процессов обеспечивает
так называемое фено-генотипическое равновесие. Последнее поддерживается
различными механизмами и системами (прежде всего – всеми уровнями
иммунологической защиты). Поддержание такого баланса может обеспечивать
эволюционно значимые внутригеномные процессы (причем не только
изменения). Нарушения же баланса, вероятно, могут приводить к различным
патологическим процессам, расстройствам (включая генетические), болезням
(включая рак), синдромам (включая СПИД).
5.2. Некоторые факты
Перечислим
лишь
некоторые
факты,
вероятно,
связанные
с
существованием в.н. системы взаимодействия геномов различных организмов
(включая генетические элементы некоторых микро- и макроорганизмов),
вирусов и подобных (ВПП). Так, например, Line-1 [50, 53, 54] генетические
элементы (L-1a, -b, -c), присущие простейшим, насекомым, амфибиям и т.д. –
до животных, кодируют белок с подобием к известным ревертазам [50] и
могут иметь 2 ORFs (прерываемые мутациями) вставки. Элемент L1 может
быть: усеченным (дефектным), встроенным внутрь гена фактора VIII
свертывания крови – и вызывать гемофилию [54, 57]; способен к
ретротранспозициям [53], и, в отличие от Sine элементов, не содержит LTRs –
но имеет ORFs; может быть обнаружен в эмбриональных, герминативных
клетках, дает основу огромному числу дефектных (псевдо-) генов [53].
Некоторые генетические элементы (как, например, I-элемент [53]) проявляют
половую асимметрию (у дрозофил) и встречаются только в женских
герминативных линиях клеток. Существует тонкое равновесие между
активацией L1 и экпрессией генома [53]. Lines (и др.) элементы могут
проявлять G/C и A/T предпочтительность по сайтам интеграции [53] – в том
числе по горячим точкам (до 60% [54]); G/C-обогащенность29 связывают с
усилением накопления мутаций, а соотношение трзц/трвс меняется (плавает)
до тех пор, пока не приблизится к среднеокружающему для ДНК [58]. В
плаценте, эмбриональных и половых клетках (а также в ооцитах и
фолликулярной жидкости) обнаружены различные ERVs, HERVs, ERSs [48, 52,
54, 59, 61, 62].
RT- и RT-подобная активности [50, 52, 54, 57 и др.], кроме собственно в
RV, найдены также для ERVs (Lines, Sines; ERVs, как правило, дефектны,
ткане- и стадиоспецифичны), гибридных Ty-частиц, ERSs, HERVs в плаценте,
репродуктивных и др. органах человека, макак резус, кроликов, мышей и др.
Найден специфический ингибитор RT-активности в человеческой плаценте [60,
62], но АТ к полимеразе не ингибировали RT-активность30 . Обнаружена
потенциальная
роль
ERVs
в
качестве
этиологических
агентов
при
Обогащенность A/U либо G/C областей может создаваться кодонами аминокислот, в которых есть не менее 2 х
соответствующих оснований.
30
И, следовательно, не исключено, что неисчезающий источник RT-активности просто “упакован” (и
закодирован?) внутри вектороподобной последовательности.
29
аутоиммунитете [57]. ERVs обнаружены у большинства эукариот (от дрожжей
– до человека) и имеют ORFs, кодирующие SAG-продукт (суперантиген),
вызывающий идиопатические аутоиммунные расстройства; суперантиген,
возможно, модифицируется за счет вПОТ/ВНП-передача механизмов в
отношении различных чужих/собственных эпитопов. От ERVs зависит
экспрессия различных рецепторов (CD-2/3/4, TCR, МНС I класса), а сами они
могут экспрессироваться в моноцитах. Триггерный механизм аутоиммунного
запуска здесь зависел от кооперативного комплекса Т-рецептор-/SAG31-/
/молекула-II-МНС-класса. Эндо- (не экзо-) активация SAG в 100% случаев вела
к появлению зрелых Т-клеточных рецепторов.
Все это не противоречит представлениям о возможной связи
иммунного
ответа
(начиная
со
специфического)
гипотетических вПОТ-/ВНП-передача механизмов.
с
эксплуатацией
По схеме (при тесном
физическом контакте соответствующих пар клеток):
mcrph VLNS T-help VLNS LDP
(где LDP=НДП – низкодифференцированный предшественник в костном мозге
и, возможно, в тимусе [66, 75]). Постоянно прослеживается мысль о
совместной эволюции (и симбиозе [54]) хозяйских, эндо- и экзогенных RV и
RV-подобных элементов [48, 53, 54, 57]. Гомология между RV и RVподобными элементами и хозяйскими геномами такова, что кроме простого
сохранения общности происхождения, позволяет допустить существование
специальных (активных) механизмов поддержания этой гомологии [57-59] –
за счет обмена нуклеиновыми последовательностями32 . Такой обмен, в конце
концов, может помочь клетке при конструировании дефектных, псевдо- и
собственно генов [57]. А копийность (от единичных до мультикопийных
вариантов) может указывать на степень интенсивности, мощность давления
пластических и геноформирующих процессов.
Заметим, что “прежнее” понятие суперантигена, кроме белкового продукта, ассоциировалось также с
понятием иммунной РНК - что важно для механизмов вПОТ и ВНП-передачи; именно через эти механизмы
возможно сочетание старых и новых смыслов, вкладываемых в понятие суперантигена (SAG).
32
Интересна гомология между некоторыми онкогенами и человеческими (животными) ERSs [59].
31
Неудивительно, что и канцерогенез (метастазирование33 ) – как
вероятный пример нарушения фено-генотипического равновесия – также
сопряжен с взаимодействием со множеством вирусов, ретровирусов (экзо- и
эндогенных), РВПП и клеточных генетических элементов [54], а продукт ORF
(например, например белок в 320 аминокислот – SAG) из ERV был найден
только в Т-опухолевых клетках и в бакуловирусном векторе [55]; возможно,
это
связано
с
проявлением
“работы”
ГЧОС-системы.
Одновременно
опухолеобразование может быть связано и с HERVs [61] и другими RVs – в
частности, с MMTV (вертикально передающимся с молоком матери
ретровирусом [55]), вызывающего появление карцином и облегчающего
внедрение
онкогенов.
Кроме
того,
вряд
ли
случайна
насыщенность
неконсервативными “stop”-кодонами именно внутри ORFs различных ERVs,
RVs, ERSs [48, 57-59] (особенно – в контексте возможной эксплуатации вПОТмеханизма в режиме своеобразного межкодового ретранслятора – и именно по
гипервариабельным участкам различных белковых и нуклеиновых молекул).
Наблюдается обилие большого количества делеций/вставок (проявление
гипермутационного механизма?) и различный уровень G/C-обогащенности в
различных участках геномов человека и вирусов (разница по G/C-составу
между MoMuLV, HIV, эндо-RTVL-1 и человеческим -гаптоглобином может
достигать 14%) – в сочетании с большим количеством мутаций, которые
накапливаются в ходе процесса выравнивания по G/C-составу [58].
В этом смысле интересно, что 16 из 20 аминокислот (кроме G, W, P, A)
своими 29 (из 48) кодонами способны обеспечить A/U-обогащенность: шесть
аминокислот (F, I, M – все имеют U-корень; Y, N, K – у всех A-корень) – всеми
своими кодонами (т.е. на 100%); L (U-корень) – четырьмя из шести кодонов
(на 67%); V (U-корень), S (G/C-корни), T (C-корень), C (G-корень), H, Q, D, E
(все A-корня) – половиной своих кодонов (т.е. по 50%) и R (G-корень) - лишь
Интересно, что ген, “ответственный за метастазирование” (см. в [66]) хорошо экспрессируется одновременно
в опухолевых клетках (как правило - кроме клеток тимомы A/Sn) и нормальных Т-лимфоцитах; ближайшим
аналогом белкового продукта этого гена оказался один из кальций-связывающих белков. Здесь важно, что ДНКплазмидная передача (возможная часть ВНП-передачи) зависит от концентрации кальция по обе стороны
мембраны.
33
одним кодоном из шести (т.е. на 16,7%). G/C-обогащенность обеспечивают 14
(кроме F, I, M, Y, N, K) из 20 аминокислот своими 32-мя (из 49) кодонами:
четыре аминокислоты – P, A, W, G (P, A – обе C-корня; W, G – обе G-корня;
некоторые кодоны аминокислот, соответственно, P, A и G, а также W и P,
антикомплементарны (по а-а = S-AS коду)) - всеми своими 13 кодонами (т.е. на
100%); R - пятью кодонами из шести (на 83,3%); половиной (всего 8 АК)
кодонов (на 50%) – V, S, T, C, H, Q, D, E (см. выше); и L – двумя кодонами из
шести (на 33,3%). Ароматические (F, Y, W, H) аминокислоты своими кодонами
“работали” на A/U- и G/C-обогащенности соответственно отношениям 2,5:1,5
(по аминокислотам) и 2,5:1 (по кодонам).
Вероятно такое асимметричное распределение в.н. A/U- и G/Cобогащенностей (по числу аминокислот, и по числу кодонов) легче было бы
рассматривать
через
призму
компенсационных
фено-генотипических
процессов (когда очевидная асимметрия, например, в распределении по
аминокислотам,
дополняется,
компенсируется
процессами
по
поддержанию т.н. скрытой симметрии генетического кода – т.е.
распределением по кодонам). Чисто ароматические F и Y – на A/U, а
гетероциклический W – на G/C-обогащенность “работали” полностью (т.е.
всеми, 100%, кодонами), в то время как гетероциклический H “делил себя”
поровну (по 50% кодонов на каждую область). Среди заряженных
аминокислот только K+ на 100% (A-корень) и R+ на 83,3% (G-корень)
полностью “работают”, соответственно, на A/U- и G/C-обогащенности, а
остальные (ароматический H+, D-, E- – все A-корня) имеют поровну (по 50%)
A/U- и G/C-“обогащающих” кодонов.
Естественно, все кодоны аминокислот (кроме терминирующих кодонов)
потенциально
способны
к
фенотипическому
проявлению
себя
в
соответствующих районах геномов. Интересно, что все три терминирующих
кодона (UAA, UAG, UGA) генетически “обогащают”, а фенотипически
“разбавляют”
суммарное
A/U-обогащенные
(целочисленное)
районы.
превосходство
Тем
самым
аминокислот
ограничивается
A/U-семейства
(которых всего 12: F, L, I, M, V, Y, H, Q, N, K, D, E; по к-к коду) перед
аминокислотами G/C-семейства (которых всего 8: S, P, T, A, C, W, R, G;
включая серии с G- и C-корнями). Отметим, что среди аминокислот, чьи
кодоны (в большей/меньшей степени) обеспечивают A/U-обогащение (F, L, I,
M, V, S, T, Y, H, Q, N, E, K, D, C, R) – 75% таких, которые имеют A- и U-корни
(кроме S, T, C, R). А среди тех, что обеспечивают G/C-обогащение (L, V, S, P,
T, A, Q, H, D, E, C, W, R, G) – G- и C-корни имеют лишь 57% (кроме L, V, H, Q,
D, E); и это - тоже асимметрия. Среди аминокислот полностью (на 100%, т.е.
всеми кодонами) обеспечивающих A/U- (F, I, M, Y, N, K), либо G/C- (P, A, W,
G) обогащенность нет ни одной с несоответствующим корнем кодона (хотя
для аминокислот с 1-4 кодонами это теоретически возможно). Это совпадает с
общим правилом для кодонов аминокислот о том, что обычно главную роль
играют первые два основания кодонов (исключения: R, L - возможна замена
первого, и S - первого и второго оснований). Также нет ни одной
аминокислоты, все нуклеотиды кодонов34 которых имели бы основания лишь
исключительно для одной из зон (A/U либо G/C) обогащенности (хотя для
аминокислот с 2 кодонами и это теоретически возможно). Таким образом
наблюдается определенная как бы компенсационная (по отношению к фено- и
генотипическим проявлениям) асимметрия для A/U- и G/C-обогащенных
районов (по аминокислотам – с одной, и по кодонам – с другой стороны): 16
аминокислот, 29 кодонов «работают» на A/U-, и 14 аминокислот, 32 кодона - на
G/C-обогащение.
Серин
“верен
себе”
в
смысле
проявления
своей
двойственности (но только он – включая корень кодона), а кроме серина – V,
A, Q, D, E и C – проявили аналогичную двойственность (обычно – кроме ранее
оговоренных исключений для R и S – за счет изменения по третьему
основанию кодонов). При пересчете общего числа кодонов “работающих” на
обогащение G/C- и A/U-районов оказывается, что на одну аминокислоту в них
приходится, соответственно (в среднем) по 2,28 и 1,81 кодона (разница в 1,26
раза, или на 26%; еще один тип асимметрии).
34
Т.е. по три основания каждого кодона данной аминокислоты.
Заканчивая
взаимодействия
сообществ
раздел,
геномов
биосферы),
последовательностей
и
связанный
различных
вирусов
элементов
с
существованием
организмов
сообщества
(ДНК-/РНК-содержащих),
(включая
эндогенные),
системы
(группы
РВ-,
РВП-
ядерных
и
митохондриальных дефектных и псевдогенов – еще раз (после [66]) можно
остановиться на нижеследующих моментах. Во-первых (во-вторых и т.д.) – на
удивительной способности к сосуществованию и коэволюции хозяйских и
вирусных (прежде всего на примере РВ-, РВП-последовательностей, элементов
и частиц) геномов, потенциально обладающих огромными пластическими
возможностями к обмену, перестановкам, химерному сочетанию различных
частей вирусов, ВПП и клеточных генетических элементов, различных
участков геномов; к возрождению новых инфекционных вирусных частиц за
счет рекомбинационных, химеризационных процессов (и эксплуатации
огромного числа известных – и неизвестных – возможно включая вПОТ- и
ВНП-передачу – молекулярно-биологических механизмов) и способности к
специфическому
и
неспецифическому
встраиванию
(интеграции);
к
привлечению практически неограниченного количества (во всяком случае,
огромного) векторподобных последовательностей (включая эндогенные, ксенои экотропные) – для вертикальной и горизонтальной (реже) передачи. Это
происходит с участием различных тканей взрослого организма, герминативных
и эмбриональных клеток (ткане-, стадиоспецифических). При этом сильно
варьирует копийность различных клеточных генетических элементов, степень
амплификации их внутри целого генома. В этих процессах: участвуют
полноценные и усеченные (дефектные по LTRs, промоторам, различным
усилительным областям, TATA-боксу, терминирующим и др. сигнальным
областям), гены. Наблюдаются многочисленные мутации, делеции/вставки,
выравнивание обогащенности по A/U- и G/C-областям, включение множества
“stop”-кодонов (особенно по гипервариабельным областям), изменение
соотношения трзц/трвс в различных участках генома (от явно собственных – до
явно чужеродных). Кроме того, наблюдают специфическую динамику замены
аминокислот
внутри
различных
участков
молекул
–
в
частности,
иммуноглобулинов (включая CDRs, Variable/Constant domains, framework).
Заметна отличимая реакция иммунной системы по тимической и костномозговой компонентам на обычный и суперантиген (имеется ввиду продукт
одной из ORF какого-либо ERV=ЭРВ). Обнаруживается гомология между
совершенно различными вирусами, вирусами и клеточными генетическими
элементами; прослеживается связь между различными расстройствами,
болезнями, синдромами – и присутствием тех или иных РВ-, РВП-частиц,
элементов, последовательностей (включая эндогенные). Все это, в конце
концов, делает вероятным предположение, во-первых, о существовании
системы для внутри- и межклеточной ВНП-передачи (одного организма),
генетической (челночной) обратной связи (ГЧОС-системы; для клеток разных
организмов). Во-вторых, – гипотетической пары механизмов (вПОТ/ВНПпередача, подобной)
формирования гипервариабельности при различных
нормальных и патологических процессах, болезнях, синдромах [48-62, 66, 76,
77].
Автор
благодарит
за
оказанную
консультативную
помощь
Андреева С.М.(д.х.н.), Смирнову Л.И. (к.х.н.), Ильина К.В. (д.б.н.), Аджипу О.
(к.б.н.) и некоторых других сотрудников Онкологического научного центра и
Института иммунологии г. Москвы.
АББРЕВИАТУРА
ПОТ -
неоднозначная (исторически-поэпитопная) обратная трансляция отдельного
эпитопа.
ВНП-передача - передача вектор-подобной нуклеиновой
ЭЛП -
последовательности.
энерголучевой поток (имеющий солнечную, космическую и
земную
компоненты).
ГЧОС-система - генетической челночной обратной связи система.
НЭ -
нуклеиновый эквивалент эпитопа.
НДП (LDP) - низкодифференцированный предшественник в костном мозге (тимусе).
АПК -
антигенпрезентирующая клетка (макрофаг - мкрф и др.).
УГК -
универсальный генетический код.
A, G, C, U - группы аминокислот с соответствующими корнями кодонов.
A/U, G/C - семейство аминокислот (с соответствующими корнями
АГ -
антиген.
АТ -
антитело.
SAG -
суперантиген (продукт одной из ORF - из состава ERV).
ЦМБД -
центральная молекулярно-биологическая догма.
кодонов).
RT-активность - активность обратной транскриптазы (ревертазы).
RV, РВ - ретровирусы.
ERV (HERV), ЭРВ - эндогенный (человеческий) ретровирус.
ERSs, ЭРВП - эндогенные ретровирусные последовательности.
ORF -
открытая рамка считывания.
S-AS -
сенс-антисенс (последовательности, код).
А-А -
амино-антиаминокислота.
аа, кк - (а-а, к-к) - сенс-антисенс и по 2 основанию (корню) кодонов коды.
ЭПЦ -
эквивалентность “по цвету” (наиболее, чем аа и кк выраженный код).
(E)RVLSs, (Э)РВПП - (эндогенная) ретровирусоподобная
последовательность.
трвс., трзц. - трансверсии, транзиции.
CDRs, framework, const., var. domains - различные участки молекул иммуноглобулина.
ППИ -
пурин-пиримидиновый индекс.
аланин -
A.
глутамин - Q.
лейцин -
Z.
серин -
S.
аргинин -
R+.
глутамат -
E-.
лизин -
K+.
треонин -
T.
аспарагин -
N.
глицин -
G.
метионин - M.
триптофан - W.
аспартат -
D-.
гистидин -
H+.
фенилаланин - F.
тирозин -
Y.
цистеин -
C.
изолейцин - I.
валин -
V.
пролин -
P.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.
1. Чипенс Г.И., Рудзиш Р.В., Иевиня И.Г. А-А-кодовое взаимодействие пептидных цепей
определяется
G/C
и
A/U
комплементарностью
корней
кодонов,
отвечающих
контактирующим аминокислотам. Ж. Биоорганическая химия. 1991, т. 17, N 10, стр.
1437-1440.
2. Чипенс Г.И. Структуры семейств аминокислот, сопряженных кодами биологического
узнавания. Извест. Акад. Наук Латвийской ССР. 1990, т. 512, N 3, стр. 56-60.
3. Чипенс Г.И. Скрытая симметрия генетического кода и закономерности взаимодействия
аминокислот. Биоорганическая химия. 1991, т. 17, N 10, стр. 1335-1346.
4. Чипенс
Г.И.,
Гниломедова
Л.Е.,
Иевиня
И.Г.,
Рудзиш
Р.В.,
Склярова
С.Н.
Эквифункциональность аминокислот, принцип сигнатур и симметрия генетического
кода. Ж. Изв. АН Латв. ССР. 1988, т. 496, N 11, стр. 113-116.
5. Чипенс Г.И., Иевиня И.Г., Цилинскис Э.Э. Скрытая симметрия первичных структур
пептидов и белков. Ж. Биоорганическая химия. 1992, т. 18, N 12, стр. 1445-1453.
6. Чипенс Г.И. Сворачивание пептидных цепей при образовании пространственных
структур молекул белков определяется кодом корней кодонов аминокислот. Ж.
Биоорганическая химия. 1992, т. 18, N 6, стр. 757-765.
7. Чипенс Г.И. Структура и скрытая симметрия генетического кода. Изв. АН Латв. ССР.
1990, т. 512, N 3, стр. 61-65.
8. Чипенс Г.И. Перегруппировка пептидных цепей молекул и молекулярных комплексов:
код узнавания и код пространственной сопряженности аминокислот. Украинский
биохимический журнал. 1991, т. 63, N 4, стр. 13-20.
9. Чипенс Г.И., Балодис Ю.Ю., Гниломедова Л.Е. Полярность и гидрапатические свойства
природных аминокислот. Украинский биохимический журнал. 1991, т. 63, N 4, стр. 2029.
10. Чипенс Г.И., Гниломедова Л.Е, Иевиня И.Г., Кудрявцев О.Э., Рудзиш Р.В., Склярова С.Н.
Профили мутаций гомологичных белков филогенитически близких видов животных
отражают симметричную структуру генетического кода. Ж. Эволюц. биохимии и физиол.
1990, т. 26, N 2, стр. 250-258.
11. Elton T.S., Dion L.D., Bost K.L., Oparil S., Blalock L.E. Purification of an angiotensin II
binding protein by using antibodies to a peptide encoded by angiotensin II complementary
RNA. PNAS, USA, Biochemistry, April 1988, v. 85, pp. 2518-2522.
12. Blalock J.E., Smith E.M. Hydropathic anti-complementary of Amino Acids Based on the
Genetic Code. J. Biochem. and Biophys. Research Communication, May, 1984, v. 121, N 1, pp.
203-207.
13. Bost K.L., Blalock J.E. Complementary Peptides as Interactive Sites for Protein binding. Viral
Immunology. 1989, v. 2, N 4.
14. Blalock J.E., Bost R. Ligand-receptor characteristics of Peptides Encoded by complementary
Nucleic Acids: Implicatios for a Molecular Recognition Code. J. Recent Progress in Hormone
Recearch, 1988, v. 44, pp. 199-222.
15. Padlan E.A. On the Nature of Antibody Combining Sites: unusual structural features that may
confer on these sites an Enhanced capacity for binding ligands. J. Proteins: Structures, Function
and Genetics. 1990, v. 7, N 2, pp. 112-124.
16. Clore G.M., Gronenborn A.M. Determination of three-dimentional structures of proteins in
solution by nuclear magnetic resonanse spectroscopy. J. Protein Engineering. 1987, v. 1, N 4,
pp. 275-288.
17. Кульберг А.Я., Тарханова И.А., Маргулис Г.У. Конформационное превращение антитела
в его антиидиотипический эквивалент. Ж. Иммунол. АМН СССР. 1994, N 1, стр. 16-19.
18. Najem E.S., Coriglano-Murphy A., Ferretti J.A. Conformational behavior of fragments of
adrenocorticotropin and their antisense peptides determined by NMR spectroscopy and CD
spectropolarimetry. FEBS Letter. 1989, v. 250, N 2, pp. 405-410.
19. Mattehews S., Barlow P., Boyd J., Barton G., Russel R., Mills H., Cunningham M., Meyrs N.,
Burns N., Clark N., Kingsman S., Kingsman A., Camplell I. Structural Similarity bettween the
p17 matrix protein of HIV-1 and interferon-. Nature. August 1994, v. 370, pp. 666-668.
20. Tropsa A., Kizer J.S., Chaiken I.M. Making sense from antisense: a Review of Experimental
data and developing Ideas on sense-antisense peptide recognition. Journal of Molecular
Recognition. v. 5, N 2, 1992, pp. 49-54.
21. Gabrielian A.F. Amino Acid complementary: testing of hypotheses. Biomedical Science. 1990,
v. 1, pp. 311-313.
22. Goldstein A., Brutlag D.L. Is there a relationship bettween DNA Sequences encoding peptide
ligands and their receptors? PNAS, USA, Biochemistry, January 1989, v. 86, pp. 42-45.
23. Meshcheryakova D., Andreev S.M., Tarasova S., Sidorova M., Vafina M., Kornilaeva G.,
KaramovE., Khaitov R. CD-4-derived peptide and sulfated polysaccharides have similar
mechanisms of anti-HIV activity based on electrostatic interactions with positively charged
gp120 fragments. J. Moleculary Immunology, 1993, v. 30, N 11, pp. 993-1001.
24. Khaitov R.M., Andreev S.M. Prospects for the use of synthetic antigens in immunodiagnosis.
Biomedical Science. 1990, v. 1, pp. 553-564.
25. Мещерякова Д.В., Андреев С.М., Сидорова М.В., Вафина Т.Г., Азьмуко А.А., Петрухина
А.О., Хаитов Р.М. Пептиды из главного вируснейтрализующего и СДИ-связывающего
домена: сходные иммунореактивные свойства и структурный мотив. Вестник РАМН.
1992, N 9, стр. 47-52.
26. Андреев С.М., Мещерякова Д.В. “Функциональная структура белка оболочки ВИЧ и
вмрус-клеточные взаимодействия.”, “Итоги науки и техники. Иммунология.”, ВИНИТИ,
1992, т. 30, N 2, стр. 44-79.
27. Fassina G., Roller P.P., Olson A.D., Thorgeirsson S.S., Omichinski J.G. Recognition Properties
of Peptides Hydropathically complementary to Residues 356-375 of the c-raf protein. The
Journal of Biological Chemistry. 1989, v. 264, N 19, pp. 11252-11257.
28. Geysen H.M., Meloen R.H., Bartoling S. Use of peptide synthesis to probe viral antigen for
epitopes to a resolution of a signal amino acid (antigenic determination foot-and-mouth disease
virus). PNAS, USA. Biochemistry, July 1994, v. 81, pp. 3998-4002.
29. Чиркова Э.Н. Волновая природа регуляции генной активности. Живая клетка как
фотонная вычислительная машина. Успехи соврем. биологии. 1994, т. 114, вып. 6, стр.
659-677.
30. Scott J.K. Discovering peptide ligands using epitope libraries. TIBS. 1992, v. 17, N 7, pp. 241245.
31. Иванов В.С., Чикин Л.Д., Суворова З.К., Кожич А.Т., Иванов В.Т. Исследование
антигенной структуры вирусов иммунодефицита человека с помощью синтетических
пептидов. Ж. Биоорганическая химия. 1992, т. 18, N 6, стр. 784-793.
32. Звонкова Е.Н., Кузьмина С.Ю., Есипова О.В. Белковые мотивы и их структурнофункциональная роль. Ж. Биоорг. химия. 1992, т. 18, N 4, стр. 453-473.
33. Мзареулов К.Д. Конформационные аспекты биологического действия функциональных
фрагментов
онкобелков
семейства
p21RAS.
Фрагмент
1-16,
различные
последовательности. Ж. Биоорган. химии. 1992, т.18, N 4, стр. 484-497.
34. La Rosa G.J., Davide J.P., Weinhold K., Waterbury J.A., Profy A.T., Lewis J., Langlois A.J.,
Dreesman G.R., Boswell R.N., Shadduck P., Holley L.H., Karplus A.M., Bolognesi D.P.,
Mattews T.J., Emini E.A., Putney S.D. Conserved sequences and Structural elements in the
HIV-1 Principal Neutralizing Determinant. Science. 1990, v. 249, N 4971, pp. 932-935.
35. Koob F. Role for neuropeptide Y in Emotionality and Anxiety. Abstr. on Novel System and
Theropeutic Targets for Depression and Anxiety Symposium, Philadelphia, June 1995.
36. Padlan E.A., Silverton E.W., Sheriff S., Cohen G.H., Smith-Gill S.J., Davies D.R. Structure of
an antibody-antisen complex: crystal structure of the HyHeL-10 Fab-lysozyme complex. PNAS.
USA. 1989, v. 86, pp. 5938-5942.
37. Nara P.L., Garrity R.R., Goudsmit J. Neutralization of HIV-1: a paradox of humoral
proportions. FASEB J., July 1995, v. 5, pp. 2437-2455.
38. Maizels N., Bothwell A. The T-cell-independent immune response to the Hapten NP uses a
large repertoire of Heavy Chain Genes. Cell. December 1985 (part 2), v. 43, pp. 715-720.
39. Glochshuber R., Stadmьller J., Plьckthun A. Mapping and Modification of an Antibody-Hapten
Binding Site: A. Site-Directed Mutagenesis Study of McPC603. Biochemistry. 1991, v. 30, N
12, pp. 3049-3054.
40. Brimfild A.A., Hunter K.W., Lenz D.E., Benschop H.P., Dijk C.V., Jong L.P.A. Structural and
Stereochemical Specificity of Mouse Monoclonal Antibodies to the Organophosphorus
Cholinesterase Inhibitor Soman. Mol. Pharmacology. 1985, v. 28, pp. 32-39.
41. Ablen D., Simon Th., Sablitzky F., Rajewsky K., Cumano A. Antibody engeneering for the
analysis of affinity maturation of an anti-hapten response. The EMBO Journal. 1988, v. 7, N 7,
pp. 1995-2001.
42. Alzari P.M., Spinelli S., Mariuzza R.A., Boulot G., Poljak R.J., Jarvis M., Milstein C. Threedimensional structure determination of an anti-2-phenyloxazolone antibody: the role of an
immune response. The EMBO Journal. 1990, v. 9, N 12, pp. 3807-3814.
43. Scildbuch J.F., Panka D.J., Parks D.R., Jager G.C., Novotny J., Herzenberg L.A., MutgettHunter M., Bruccoleri R.E., Haber E., Margolies M.N. Altered Hapten Recognition by two antidigoxin Hybridoma Variants due to Variable Region Point Mutations. The Journal of Biological
Chemistry. 1990, v. 266, N 7, pp. 4640-4647.
44. Strong R.K., Petsko G.A., Sharon J., Margolies M.N. Three-dimensional Structure of Murine
Anti-P-azophenilarsonate Fab 36-71. Structural Basis of Hapten Binding and Idyotypes.
Biochemistry. 1991, v. 30, pp. 3749-3757.
45. Bruderer U., Stenzel-Poore M.P., Bлchinger H.P., Fellman J.H., Rittenberg M.B. Antibody
Combining Site Heterogenesity within the response to Phosphocholine-keyhole limpet
hemocyanin (PC-KLH). Mol. Immunology. 1989, v. 26, N 1, pp. 63-71.
46. Бирюлев Б.Т. Надо ли “дуть” на митохондрии? Химия и жизнь. 1994, N 5, стр. 44-45.
47. Mager D.L., Freeman J.D. Human Endogenous Retrovirus-like Genome with Type C polSequences and gag-Sequences Related to Human T-Cell Lymphotropic Viruses. Journal of
Virology. December 1987, v. 61, N 12, pp. 4060-4066.
48. Hehlmann R., Brack-Werner R., Leib-Mosch C. Human Endogenous Retroviruses. Leikemia.
1988, v. 2, N 12, pp. 167S-177S.
49. Fatt O., Murray A.B., Schmidt J., Leib-Mosch C., Erfle V., Hehlmann R. Retrovirus-like
particles from the human T47D cell line are related to mouse mammary tumor virus and of
human endogenous origin. J. of General Virology. 1992, v. 73, pp. 1087-1097.
50. Dombrowski B.A., Mathias S.L., Nanthakumar E., Scott A.F., Kazazian H.H. Isolation of an
Active Human Transposable Element. Science. December 1991, v. 254, pp. 1805-1808.
51. Mathias S.L., Scott A.F., Kazazian H.H., Boeke J.D., Gabriel A. Reverse Transcriptase
Encoded by a Human Transposable Element. Science. December 1991, v. 254, pp. 1808-1812.
52. Larsson E., Kato N., Cohen M. Human Endogenous Proviruses. Current Topica in
Microbiology and Immunilogy. 1989, v. 148, pp. 115-132.
53. Martin S.L. Lines. Current Opinion in Genetics and Development. 1991, v. 1, pp. 505-508.
54. Tarusico D., Mannelidis L. Integration Site Preferences of endogenous retroviruses.
Chromosome. 1991, v. 101, pp. 141-156.
55. Coffin J.M. Superantigen and Endogenous Retroviruses: A confluence of Puzzles. Science.
Junuary, 1992, v. 255, pp. 411-413.
56. Imamura M., Phillips P.E., Mellors R. The Occurrence and Frequency of Type-C Virus-like
particles in placentas from patients with Systemic Lupus Erythematosus and from normal
Subjects. American Journal of Pathology. 1976, v. 83, N 2, pp. 383-389.
57. Kreig A.M., Gourtley M.F., Perl A. Endogenous retroviruses: potential etiologic agents in
autoimmunity. FASEB J. 1992, v. 6, pp. 2537-2544.
58. Maeda N., Kim H.S. Three independent Insertions of Retroviruse-like Sequences in the
Haptoglobin Gene Cluster of Primates. Genomics. 1990, v. 8, pp. 671-683.
59. Perl A., Rosenblatt J.D., Chen I.S.Y., Divincenzo J.P., Bever R., Poiesz J., Abraham G.N.
Detection and Cloning of new HTLV-related endogenous sequences in man. Nucleic Acid
Research. 1989, v. 17, N 17, pp. 6841-6854.
60. Nelson J.A., Levy J.A., Leong J.C. Human placentas contain a specific inhibitor of RNAdirected DNA polymerase. PNAS. USA. Cell Biology. 1981, v. 78, N 3, pp. 1670-1674.
61. Medstrand P., Lindeskog M., Blomberg J. Expression of Human endogenous retroviral
sequences in peripheral blood mononuclear cells of healthy individuals. Journal of General
Virology. 1992, v. 73, pp. 2463-2466.
62. Nelson J.A., Leong J.A., Levy J.A. Normal Human placentas contain RNA-directed DNA
polymerase activity-like that in viruses. PNAS, USA. 1978, v. 75, N 12, pp. 6263-6267.
63. Гаряев П.П. “Волновой геном” в кн. Энциклопедия русской мысли, отдел теоретических
проблем. РАН, Москва, “Обществ. польза”, 1994, т. 5, стр. 187.
64. Филиппов А.Т. Многоликий солитон. Москва, “Наука”, 1990, Раздел “Квант”, вып. N 48,
стр. 286.
65. Меклер Л.Б., Идлис Р.Г. Построение моделей трехмерных молекул биологических
полипептидов и нуклеопротеидов согласно общему коду, определяющему специфическое
линейное узнавание и связывание аминокислотными остатками полипептидов. Деп. N
1476-84, ВИНИТИ, 1981.
66. Дейчман А.М. Один из вариантов точечных мутаций возможно запускается поэпитопной
(отдельного эпитопа) обратной трансляцией. Гипотетическая концепция. Деп. N 1502В93, ВИНИТИ, Москва, стр. 67.
67. Преображенский Н.А., Евстигнеева Р.П., Звонкова Е.Н., Зотчик Н.В., Филиппович Е.И.,
Митрофанова Т.К., Мягкова Т.И., Серебренникова Г.А. “Химия биологически активных
природных соединений”, Москва “Химия”, 1970.
68. Идлис
Р.Г.
Принципы
перекрестной
стереокомплементарности
и
симметрия
генетического кода. Ж. ВХО им. Д.И. Менделеева. 1980, т. XXV, N 4, стр. 431-435.
69. Дейчман А.М. Черный ящик генетического кода. “Химия и жизнь”, 1994, N 11, стр. 2834.
70. Одинцова М.С. “Геном хлоропластов: организация и экспрессия”. в кн. “Итоги науки и
техники. Общие проблемы физико-химической биологии.” ВИНИТИ. Москва, 1987, т. 6,
стр. 15-55.
71. Минченко А.Г., Дударева Н.А. Митохондриальный геном. Новосибирск, “Наука”, Сиб.
отд. АН СССР, 1990.
72. Кузьмин Е.В., Зайцева Г.Н. “Организация и экпрессия митохондриального генома.” в кн.
“Итоги науки и техники.” ВИНИТИ. Москва, 1987, т. 6, стр. 145-230.
73. Юрина Н.П. “Рибосомы хлоропластов: структура и биогенез.” в кн. “Итоги науки и
техники.” ВИНИТИ. Москва, т. 6, 1987, стр. 98-145.
74. Борхсениус С.Н., Чернова О.А. Микоплазмы: молекулярная и клеточная биология,
патогенность и диагностика. Ленинград, “Наука”, 1989, стр. 65.
75. Deichman A.M. AIDS and Hypervariability: Hypotetical Mechanisms. Vaccines-94. Cold
Spring Harbor Laboratory Press, 1994.
76. Morozov V.A., Ilyinskii P.O., Ilyin K.V. Chrysantemum virus B: antibodies to structural protein
in mammals and Mg2+-depend reverse-transcriptase activity. Acta Virol. 1989, v. 33, pp. 527534.
77. Дейчман А.М. Возможные общие принципы приготовления вакцины нового типа при
СПИД. Деп. № 2221-В93, ВИНИТИ, Москва, 1993, 9с.
78. Burean T.E., White S.E., Wessler S.R. Transduction of a Cellular Gene by a Plant
Retroelement. Cell. 1994, v. 77, pp. 479-480.
79. Stuhlmann H., Berg P. Homologous Recombination of Copackaged Retrovirus RNAs during
reverse Transcription. Journal of Virology. 1992, pp. 2378-2388.
80. Встречаемость индивидуальных АК в различных выборках белков, пептидов, их
участках {см. сайт http://www.rtcb.iitp.ru/training/cl_003f/doc/aafreq.doc }