Активация экспрессии генов в нервной системе: открыт ключевой механизм
Исследователи из Университета Байройта в сотрудничестве с учёными из Южной Кореи и Швейцарии обнаружили, как именно активируется фермент РНК-полимераза II (Pol II) в нервных клетках, что стимулирует целенаправленную экспрессию генов. Результаты опубликованы в Nature Communications.
Роль энхансерных РНК
Ключевую роль в активации Pol II играют энхансерные РНК (eRNAs) — некодирующие молекулы РНК, которые не служат шаблоном для синтеза белка. Они способны «освобождать» Pol II, отсоединяя от него крупный молекулярный комплекс NELF (Negative Elongation Factor), который в норме блокирует активность полимеразы.
Условия активации
Энхансерные РНК действуют как «освободители» Pol II только при двух условиях:
- Они должны иметь минимальную длину.
- Они должны обладать определённым молекулярным составом.
При соблюдении этих условий возникают мультивалентные взаимодействия между длинными eRNAs и комплексом NELF: eRNAs одновременно связываются с несколькими участками на разных субъединицах NELF, что и позволяет отделить его от Pol II. Это реактивирует Pol II, и транскрипция генов возобновляется после паузы, вызванной NELF.
«Впервые нам удалось продемонстрировать прямую механистическую связь между энхансерными РНК и процессом транскрипции, контролируемым Pol II, — ключевым компонентом экспрессии генов», — говорит доктор Клаус-Д. Кун.
Исследование на нейронах
Открытие было сделано при изучении кортикальных нейронов мышей. При электрической стимуляции эти нейроны на короткое время производят большое количество энхансерных РНК. Эти некодирующие РНК активируют гены, важные для роста нервов и улучшения их взаимосвязей, именно путём отделения комплекса NELF от Pol II.
«Насколько нам известно, это первый случай, когда была показана прямая механистическая связь между нейрональной активностью, транскрипцией энхансеров и активацией генов», — отмечает первый автор исследования, биохимик доктор Владислава Горбовицкая.
Значение для науки и медицины
Исследование также расширяет понимание роли энхансеров — регуляторных участков ДНК. Помимо своей известной функции платформы для связывания транскрипционных факторов, энхансеры влияют на экспрессию генов ещё одним универсальным способом: они считываются Pol II, что приводит к синтезу большого количества энхансерных РНК.
Полученные знания открывают новые возможности для целенаправленного модулирования активности мозга, что может стать значительным преимуществом для лечения многих нейродегенеративных заболеваний.