Molekulārās bioloģijas galvenā dogma — DNS → RNS → olbaltumvielas skaidrojums

Molekulārās bioloģijas galvenā dogma ir Frānsisa Krika (Francis Crick) formulējums, kas izsakās par seku (sekvences) informācijas plūsmu šūnā. Vienkāršoti tas nozīmē — informācija par proteīnu sastāvu un rindas kārtību tiek glabāta DNS, pārrakstīta uz RNS un pēc tam tulkota olbaltumvielās: DNS → RNS → olbaltumvielas. Dogma arī norāda, ka olbaltumvielas nevar nodot secību (sekvences) informāciju atpakaļ DNS vai RNS tādā nozīmē, kā to dara nukleīnskābes.

Kriks to pirmo reizi raksturoja 1958. gadā un precizēja 1970. gadā. Viņa formulējums attiecas uz detalizēto, rezidu-pret-rezidum pārvadi seku informācijas — proti, amino skābju secības informāciju neveido, pārraksta vai nemaina no olbaltumvielām uz nukleīnskābēm.

Ir svarīgi uzsvērt, ka dogma runā par sekvences informācijas pārnesi, nevis par vispārēju ietekmi, ko olbaltumvielas var atstāt uz gēnu darbību. Proteīni (piemēram, transkripcijas faktori, modificējošās enzīmas) var regulēt secību informācijas izmantošanu, aktivizējot vai slēdzot gēnu izteikšanos, tomēr tas nav tas pats, kas pārvērst proteīnu atpakaļ DNS vai RNS sērijā.

Deviņi iespējamie informācijas pārnesumi un to klasifikācija

Starp trim galvenajām biopolimēru klasēm — DNS, RNS un olbaltumvielas — teorētiski var notikt 3 × 3 = 9 tiešie pārnesumi. Kriks šos sadalīja trīs grupās pa trim:

• 3 vispārīgi pārnesumi — notiek parasti šūnās:
  • DNS → DNS — DNS replikācija, ģenētiskās informācijas kopēšana šūnu dalīšanās laikā.
  • DNS → RNS — transkripcija, mRNS un citu RNS molekulu sintēze pēc DNS veidnes.
  • RNS → olbaltumvielas — translācija, mRNS kodētos proteīnus sintezē ribosomas.
• 3 īpašas (retas vai specifiskas) pārneses — zināmas, bet notiek īpašos apstākļos:
  • RNS → RNS — RNS replikācija, kas raksturīga daudzām RNS vīrusu ģintīm; to veic RNS atkarīgās RNS polimerāzes.
  • RNS → DNS — reversā transkripcija; notiek retrovīrusu gadījumā (piem., HIV) un arī telomerāzes darbībā, kur RNS templates palīdz sintezēt DNS galotnēs.
  • DNS → olbaltumvielas (tieša pārnese bez RNS starpnieka) — Crick to iekļāva kā īpašu/iespējamu kategoriju, taču tieša DNA→protein tulkošana bez RNS kā starpnieka nav konstatēta kā parasts bioloģisks process.
• 3 nezināmi (vai, pēc Cricka, ļoti neiespējami) pārnesumi — tiek uzskatīti, ka tie nenotiek:
  • olbaltumvielas → olbaltumvielas (sekvences informācijas pārnese proteīna līmenī kā amino skābju secības kopēšana); jāpiemin, ka prioni demonstrē konformācijas un funkcijas "pārnesi" no viena proteīna uz otru, bet tie neveido nukleotīdu secību un tādēļ nerada DNS/RNS sekvences pārnesi.
  • olbaltumvielas → RNS — nav novērots, ka proteīns pārveidotu savu secību par RNS secību.
  • olbaltumvielas → DNS — nav novērots, ka proteīnu ķēdes secība tiktu pārnesta uz nukleīnskābju secvencēm.

Mūsdienu nianses un izņēmumi

Savulaik dogma radīja skaidru, noderīgu rāmi, taču pētniecība ir papildinājusi un precizējusi tā nozīmi:

• Reversā transkriptāze — RNA→DNA ir droši dokumentēts (retrovirusi, integrējošie elementu ģenomi). Tas parāda, ka informācijas plūsma nav vienvirziena bez izņēmumiem.
• RNS replikācija — daudzi RNS vīrusi izmanto RNS→RNS pārvadi, kas arī bija minēts kā īpašs gadījums.
• Prioni — olbaltumvielu konformācijas "informācijas" pārneses piemērs; tie maina citu proteīnu konformāciju, izraisot slimības, tomēr tas nav sekvences informācijas pārrakstīšana uz nukleīnskābēm.
• Epigenētika un regulācija — modificējumi kā DNS metilēšana vai histonu modificācijas maina to, kā tiek lasīta sekvence, un šīs modifikācijas var būt iedzimtas starp šūnu paaudzēm, taču tie neietekmē pašu bāzu secību, kas ir centrālā dogmas izpratne.
• Tehnoloģiskas manipulācijas — laboratorijā var veikt dažādas molekulāras inženierijas procedūras (piem., olbaltumvielu sekvenēšana, sintētiskā bioloģija) — tas nemaina dogmas definīciju par dabiskajiem seku pārvadiem, bet paplašina praktiskās iespējas, kā informāciju pārvērst vai izmantot.

Kopsavilkumā: molekulārās bioloģijas galvenā dogma nosaka, ka aizslēgtā, lineārā seku informācija parasti plūst no DNS uz RNS uz proteīnu. Tomēr dabā un laboratorijā pastāv svarīgi izņēmumi (piem., reversā transkripcija, RNS replikācija, prioni), un mūsdienu bioloģija skaidro, ka dogma attiecas uz sekvences informācijas pārvadi, nevis uz vispārēju ietekmi vai regulāciju, ko proteīni var īstenot pār gēniem un to ekspresiju.

Šī dogma ir arī mūsdienīga Veismana barjeras versija (nosaukta pēc Augusta Veismana): princips, ka iedzimtā sekvences informācija pārvietojas no gēniem uz ķermeņa šūnām, un nevis otrādi — t.i., informācija visbiežāk plūst no dzimumšūnām uz somatiskajām šūnām, nevis pretēji.