Регуляция транскрипции ДНК в бактериях: значение паузы
Выживание клетки — это, помимо прочего, вопрос своевременности. Учёные из Университета Гёте вместе с коллегами из других университетов идентифицировали различные части этого механизма и представили модель процесса.
Один из ключевых принципов биологии — поток информации от ДНК к РНК для кодирования белков. Не менее критично и время этого потока. Производя нужные РНК и белки в нужный момент, клетка может эффективно планировать своё выживание и успех. Один из таких регуляторных элементов — рибопереключатель (riboswitch) — вызывает интерес как потенциальная мишень для антибиотиков.
После более 10 лет исследований группа профессора Харальда Швальбе из Университета Гёте в сотрудничестве с группой Ландика из Университета Висконсина, профессором Йенсом Вёнертом с биологического факультета Университета Гёте и группой Зюсса из Технического университета Дармштадта собрала воедино элементы пазла регуляторного процесса на основе рибопереключателя у бактерии Bacillus subtilis, представив наиболее полную на сегодня модель его работы во времени.
Рибопереключатель — это короткий участок РНК, который может сворачиваться в разные структуры в зависимости от того, связывается ли с ним небольшая сигнальная молекула. В транскрипционных рибопереключателях эти разные структуры сигнализируют близлежащей РНК-полимеразе продолжать или остановить синтез РНК.
В своей недавней публикации в eLife группа Швальбе и их коллеги представили молекулярные структуры рибопереключателя xpt-pbuX в "выключенном" положении после синтеза и во "включенном" — после связывания сигнальной молекулы гуанина. Они также показали, что это переключение в "включенное" состояние требует определённого времени, что накладывает требование на регуляторный процесс.
Когда РНК-полимераза движется вдоль цепи ДНК, синтезируя соответствующую РНК, она достигает кода для переключателя xpt-pbuX, создаёт его и продолжает движение. Если гуанина нет поблизости, полимераза обнаружит "выключенное" состояние по умолчанию и остановит синтез. Однако если гуанин свяжется с рибопереключателем, тому потребуется время на перестройку в "включенную" конформацию, и РНК-полимераза должна подождать достаточно долго, чтобы её обнаружить. В противном случае она всегда будет считывать сигнал "выкл.", и ген никогда не будет прочитан.
Швальбе и его коллеги обнаружили, что такая пауза действительно существует, и она закодирована в самой ДНК. После синтеза переключателя xpt-pbuX РНК-полимераза встречает на ДНК этот "сайт паузы" и замедляется, позволяя рибопереключателю необходимое время для перестройки.