Cobb o Cricku: “Centralny Dogmat”

Być może poznałeś ten dogmat jako „DNA do RNA do białka”, wraz z zastrzeżeniem, że jest to proces jednokierunkowy. Ale Matthew pokazuje, że nie to twierdził Crick. Wciąłem słowa Mathew poniżej:

Centralny Dogmat jest podstawą zrozumienia, jak działają komórki, a mimo to jest jedną z najpowszechniej źle rozumianej koncepcji w biologii molekularnej.

Wielu studentów uczy się, że Centralny Dogmat to po prostu „DNA → RNA → białko”. Ta wersja została po raz pierwszy przedstawiona w pionierskim podręczniku Jima Watsona z 1965 r., The Molecular Biology of the Gene, jako podsumowanie sposobu, w jaki zachodzi synteza białek. Jednak wyjaśnienie Watsona, które zaadaptował od swojego kolegi, Francisa Cricka, jest głęboko mylące.

W 1956 r. Crick pracował nad wykładem, w którym miał przedstawić to, co wówczas wiedziano o „przepływie informacji” między DNA, RNA i białkiem w komórkach. Crick sformalizował swoje idee w tym, co nazwał Centralnym Dogmatem, a jego oryginalna koncepcja przepływu informacji w komórkach była zarówno bogatsza, jak i bardziej złożona niż redukcyjna i błędna prezentacja Watsona.

Crick był świadomy co najmniej czterech rodzajów transferów informacji, z których wszystkie zostały zaobserwowane w badaniach biochemicznych przez ówczesnych badaczy. Były to: DNA → DNA (replikacja DNA), DNA → RNA (nazywane transkrypcją), RNA → białko (nazywane translacją) i RNA → RNA (mechanizm, za pomocą którego niektóre wirusy kopiują same siebie). Podsumowując swoje myślenie, Crick naszkicował te przepływy informacji na małym rysunku, który nigdy nie został opublikowany.

Poniżej znajduje się rysunek Cricka. Należy zauważyć, że dogmat jest po prostu pierwszym zdaniem wpisanym na diagramie, co oznacza, że informacje z DNA lub RNA, przetłumaczone na białko, nie mogą wrócić do kodu DNA lub RNA. Zatem zmiany w strukturze białka nie mogą wrócić i zmienić kodu genetycznego (patrz dolna część diagramu).

Jak widać, „dogmat” DNA—>RNA—>białko jest skrajnym uproszczeniem poglądów Cricka. A uważał on, że słowo „dogmat” nie oznacza nienaruszalnej reguły natury, ale hipotezę. Niemniej Crick był szeroko krytykowany za używanie słowa „dogmat”.

Ale wracając do diagramu:

Bezpośrednia synteza białek przy użyciu wyłącznie DNA może być możliwa, uważał Crick, ponieważ sekwencja zasad w DNA ostatecznie determinuje kolejność aminokwasów w łańcuchu białkowym. Gdyby to jednak było prawdą, oznaczałoby to, że RNA nie zawsze uczestniczył w syntezie białek, mimo że wszystkie badania w tamtym czasie sugerowały, że tak było. Crick doszedł zatem do wniosku, że tego rodzaju przepływ informacji jest wysoce nieprawdopodobny, choć nie niemożliwy.

Crick wysunął również tezę, że RNA → DNA jest chemicznie możliwe, po prostu dlatego, że jest odwrotnością transkrypcji, a oba typy cząsteczek są chemicznie podobne do siebie. Niemniej Crick nie potrafił wyobrazić sobie żadnej funkcji biologicznej dla tej tak zwanej „odwrotnej transkrypcji”, więc przedstawił ten przepływ informacji jako linię przerywaną na swoim diagramie.

Obecnie wiemy jednak, że enzym „odwrotnej transkryptazy” jest wykorzystywany przez niektóre wirusy RNA do tworzenia DNA, które następnie jest wprowadzane do genomu gospodarza.

Oto, co Crick miał na myśli, mówiąc o „Centralnym Dogmacie” i istotnie schemat ten nie został jeszcze naruszony w naturze:

Innymi słowy, w schemacie Cricka informacja w komórce przepływa wyłącznie od kwasów nukleinowych do białek, a nigdy odwrotnie. „Centralny Dogmat” Cricka można zatem opisać w jednym zdaniu: „Gdy informacja raz dostanie się do białka, nie może już z niego wyjść”. To negatywne stwierdzenie — że niektóre transfery informacji wydają się niemożliwe — stanowiło zasadniczą część idei Cricka.

Hipoteza Cricka niosła również niewypowiedzianą implikację ewolucyjną; mianowicie, że cokolwiek może się stać z białkami organizmu w trakcie jego życia, te zmiany nie mogą zmienić jego sekwencji DNA. Innymi słowy, organizmy nie mogą używać białek do przekazywania cech, które nabyły w trakcie swojego życia, swojemu potomstwu.

Innymi słowy, nie ma mowy o dziedziczeniu lamarkowskim, w którym zmiany środowiskowe wpływające na białka organizmu mogą utrwalić się w genomie organizmu i stać się trwale dziedziczne.

Matthew omawia kilka sugerowanych modyfikacji wersji Centralnego Dogmatu Cricka. Priony, białka o nieprawidłowej konformacji, które powodują kilka znanych chorób, były przez niektórych uważane za replikujące się poprzez zmianę DNA, który je koduje, ale obecnie wiadomo, że priony są albo wytwarzane przez mutacje w DNA, albo mogą przenosić swój patologiczny kształt poprzez bezpośrednią interakcję z innymi białkami. Białka prionowe nie zmieniają sekwencji DNA.

Niektórzy czytelnicy mogą również myśleć, że „dziedziczenie epigenetyczne”, w którym DNA jest modyfikowane przez chemiczne znaczniki przyczepione do jego zasad, może obalać centralny dogmat, ponieważ pośrednikami tych modyfikacji są enzymy, które oczywiście są białkami. Ale jak zauważa Matthew, te modyfikacje są tymczasowe, podczas gdy sekwencja nukleotydów DNA (bez modyfikacji) jest wieczna:

W innych przypadkach badacze wskazali epigenetykę jako możliwy wyjątek od Centralnego Dogmatu Cricka, argumentując, że zmiany w ekspresji genów są przekazywane przez pokolenia i w ten sposób zapewniają dodatkowe, nienuklearne źródło informacji. Mimo to epigenetyka nie narusza Centralnego Dogmatu Cricka.

W trakcie życia organizmu warunki środowiskowe powodują włączanie i wyłączanie pewnych genów. Często dzieje się to w procesie znanym jako metylacja, w którym komórka dodaje grupę metylową do zasady cytozyny w sekwencji DNA. W rezultacie komórka nie transkrybuje już genu.

Efekty te występują najczęściej w komórkach somatycznych — komórkach, z których składa się ciało organizmu. Jeśli ślady epigenetyczne występują w komórkach płciowych, są one czyszczone przed utworzeniem jajeczek i plemników. Następnie, gdy plemniki i jajeczka są już w pełni uformowane, wzorce metylacji są ponownie ustanawiane w każdym typie komórek, co oznacza, że nabyta regulacja genetyczna jest resetowana do poziomu wyjściowego u potomstwa.

Czasami te efekty regulacyjne są  przekazywane następnemu pokoleniu poprzez aktywność małych cząsteczek RNA, które mogą oddziaływać z informacyjnymi RNA lub białkami, aby kontrolować ekspresję genów. Zdarza się to często u roślin, ale znacznie rzadziej u zwierząt, które mają oddzielne linie dla swoich komórek somatycznych i rozrodczych. Szeroko badanym wyjątkiem od tej reguły jest nicień  C. elegans, gdzie RNA i inne cząsteczki mogą zmieniać wzorce dziedziczenia.

Jednak bez względu na to, jak bardzo są uderzające, żaden z tych przykładów nie narusza Centralnego Dogmatu Cricka; informacja genetyczna pozostaje nienaruszona, a znaczniki epigenetyczne są zawsze tymczasowe i znikają po co najwyżej kilku pokoleniach.

To powinno uciszyć zamieszanie wokół epigenetyki jako formy lamarckowskiej zmiany ewolucyjnej, ponieważ niektórzy zasugerowali, że epigenetyczne (środowiskowe) modyfikacje DNA mogą być trwałe, ergo samo środowisko może powodować trwałe dziedziczne zmiany. (To jest dziedziczenie lamarckowskie). Nie znamy jednak żadnych modyfikacji epigenetycznych, które trwałyby dłużej niż kilka pokoleń, więc nie wierz w szum wokół „trwale odziedziczonej traumy” i inne tego typu bzdury.

A jeszcze jest to, co także nie jest naruszeniem „Dogmatu” Cricka:

. . . enzymy mogą modyfikować białka w komórce po ich syntezie, więc nie każdy aminokwas w białku jest określony w genomie. DNA nie zawiera wszystkich informacji w komórce, ale oryginalna hipoteza Cricka pozostaje prawdziwa: „Gdy informacja dostanie się do białka, nie może się z niego wydostać”.

Matthew sugeruje dość skomplikowany sposób, w jaki Dogmat mógłby zostać naruszony, ale nie wiadomo, czy to się zdarza, choć być może ludzie mogliby użyć inżynierii genetycznej, aby to osiągnąć. Ale możesz o tym przeczytać w jego artykule.

Godne uwagi jest to, że przypuszczenie Cricka, że informacja w białku nie może powrócić do kodu DNA lub RNA — wysunięte zaledwie trzy lata po opublikowaniu struktury DNA — utrzymuje się bez wyjątku od prawie siedemdziesięciu lat. To dowód inteligencji i dalekowzroczności Cricka.

A jeśli cokolwiek zapamiętasz z Centralnego Dogmatu, zapamiętaj po prostu to:

„Gdy informacja raz dostanie się do białka, nie może już się stamtąd wydostać”.

Link do oryginału: https://whyevolutionistrue.com/2024/12/02/cobb-on-crick-the-central-dogma/

Why Evolution Is True, 2 grudnia 2024

Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska

Jerry A. Coyne

Emerytowany profesor na wydziale ekologii i ewolucji University of Chicago, jego książka "Why Evolution is True" (Polskie wydanie: "Ewolucja jest faktem", Prószyński i Ska, 2009r.) została przełożona na kilkanaście języków, a przez Richarda Dawkinsa jest oceniana jako najlepsza książka o ewolucji.  Jerry Coyne jest jednym z najlepszych na świecie specjalistów od specjacji, rozdzielania się gatunków. Jest również jednym ze znanych "nowych ateistów" i autorem (wydanej również po polsku przez wydawnictwo "Stapis") książki "Faith vs Fakt". Jest wielkim miłośnikiem kotów i osobistym przyjacielem redaktor naczelnej.