Учёные открыли фундаментальный механизм регуляции экспрессии генов у бактерий

Исследователи из NYU Langone Medical Center открыли и охарактеризовали общий механизм, контролирующий элонгацию транскрипции у бактерий. Механизм, описанный в выпуске Science от 23 апреля, основан на физическом взаимодействии между движущейся рибосомой и РНК-полимеразой (RNAP), что позволяет точно регулировать выход транскрипции в соответствии с потребностями трансляции. Это открытие может привести к созданию новых способов подавления бактериальной экспрессии генов и стать новой мишенью для антимикробной терапии.

"То, что активная рибосома контролирует скорость транскрипции у каждого белок-кодирующего гена и в различных условиях роста, было совершенно неожиданно — и последствия этого открытия обширны", — говорит Евгений Нудлер, ведущий автор исследования.

В работе показано, что скорость элонгации транскрипции идеально соответствует скорости трансляции при различных условиях роста. Скорость транскрипции зависит от кодонового состава (частоты редких кодонов), который модулирует скорость движения рибосомы. Именно скорость рибосомы определяет скорость RNAP: ускорение или замедление рибосомы с помощью химических или генетических методов приводит к соответствующим изменениям скорости RNAP.

Ключевые выводы:

• Рибосома не просто следует за RNAP, но может "подталкивать" вперёд остановившуюся полимеразу, помогая ей преодолевать препятствия (например, ДНК-связывающие белки).
• Транскрипция и трансляция жёстко сопряжены и не могут эффективно протекать друг без друга.
• Разрыв этой физической связи между RNAP и рибосомой может стать новым способом нарушения бактериальной экспрессии генов.

Значение открытия:

Механизм кооперации не только экономит энергию, предотвращая синтез избыточных транскриптов, но и защищает от преждевременной терминации транскрипции фактором Rho. Таким образом, бактерии используют принципиально новый механизм — кооперацию макромолекул — для точного контроля экспрессии каждого гена в ответ на доступность питательных веществ и фазу роста. Это открывает путь для разработки новых антимикробных стратегий.