Ученые раскрывают механизм экспрессии генов, который может переписать учебники

Геном человека содержит около 30 000 генов — инструкций, которые дают нашим клеткам информацию, необходимую для создания всего, что составляет человеческое тело. Для этого наши клетки должны получить доступ к ДНК, преобразовать ее в более открытую форму (РНК) — так же, как вам нужно открыть книгу, чтобы прочитать ее, — а затем использовать информацию для создания белков, необходимых для жизни. Мы хорошо понимаем, как ДНК преобразуется в РНК, что называется транскрипцией, за исключением того, как клетки знают, когда прекратить чтение (это называется прекращением транскрипции).

Ученые раскрывают механизм экспрессии генов, который может переписать учебники

В течение многих лет ученые полагали, что белок под названием Rho будет подниматься вверх по РНК во время своего производства и, достигнув определенных последовательностей терминации, оттягивать РНК от аппарата транскрипции (РНК-полимеразы). Но всегда был вопрос, как Rho может найти правильный регион, чтобы вмешаться и остановить транскрипцию.

«Мы начали изучать Ро и поняли, что он не может работать так, как люди говорят нам, что он работает», — сказала Ирина Арцимович, со-ведущий автор исследования и профессор микробиологии в Университете штата Огайо.

Их исследование, опубликованное в журнале Science, предполагает, что учебники могут быть неправильными. Вместо того, чтобы связываться с комплексом в конце, Rho «путешествует автостопом» по РНК-полимеразе во время транскрипции.

Сложность исследования терминации транскрипции заключается в том, что это происходит относительно быстро, а затем участвующие белки распадаются друг от друга. Чтобы преодолеть это препятствие, ученые использовали революционную криоэлектронную микроскопию, чтобы визуализировать комплекс во впечатляющих деталях и заставить его оставаться дольше, чем это было бы естественно.

Они обнаружили, что Rho на самом деле связан с комплексом РНК-полимеразы на время транскрипции, и по прибытии на место терминации Rho и комплекс рекрутируют дополнительные белки для отделения аппарата транскрипции от цепи РНК.

Хотя это представляет собой возможный механизм того, как Rho работает для остановки транскрипции, он также отвечает на животрепещущий вопрос о том, как Rho может прекратить продуцировать РНК при отсутствии терминирующих последовательностей, точный механизм которого ускользал от ученых в течение многих лет.

Как оказалось, Ро также выступает в роли менеджера по обеспечению качества. Даже когда терминирующих последовательностей, которые сигнализируют Rho о прекращении продуцирования РНК, нет, Rho всегда удается остановить ее в нужном месте. Теперь ученые считают, что вместо того, чтобы просто связываться с Rho-специфическими терминирующими последовательностями, он связывается с РНК-полимеразой перед связыванием с РНК и работает вместе с аппаратом транскрипции для выбора нужной РНК. Ученые заметили, что Ро может идентифицировать желаемую РНК и отбрасывать любые нежелательные фрагменты, поскольку он движется вместе с РНК-полимеразой.

«Он отвечает на фундаментальный вопрос — транскрипция имеет фундаментальное значение для жизни, но если бы ее не контролировали, ничего бы не получилось. Сама по себе РНК-полимераза должна быть полностью нейтральной. Он должен быть в состоянии производить любую РНК, включая те, которые повреждены или могут нанести вред клетке. Путешествуя с РНК-полимеразой, Ро может сказать, стоит ли производить синтезированную РНК, а если нет, Ро выпускает ее », — продолжил Арцимович.

Авторы считают, что это важный этап в понимании того, как наши клетки производят правильные транскрипты из нашей ДНК. Хотя это исследование проводилось на бактериях, они подчеркивают, что такие клеточные процессы, как это, часто похожи у бактерий и эукариот.

«Кажется, это обычное дело», — сказала она. «В общем, клетки используют аналогичные рабочие механизмы от общего предка. Все они изучали одни и те же уловки, пока эти уловки были полезны ».