Новый механизм контроля экспрессии генов у бактерий

Исследование под руководством учёных из Медицинского центра NYU Langone раскрывает новые детали в работе белка Rho — ключевого регуляторного белка у E. coli и многих других бактерий. Работа, опубликованная 14 января 2010 года в журнале Nature, предлагает новую парадигму для понимания молекулярных принципов транскрипции генов. Это может потенциально привести к разработке новых типов антибиотиков, нацеленных на Rho и его функции.

Пересмотр устоявшейся модели

Rho, открытый в 1969 году, — первый описанный у бактерий фактор терминации транскрипции. Он действует как «красный свет» для синтеза РНК и необходим для выживания многих видов бактерий. Однако его точный механизм действия оставался неизвестным. Согласно учебникам, Rho связывается с РНК в специфическом сайте и затем движется вдоль растущей транскрипта, «преследуя» движущуюся РНК-полимеразу. Как только полимераза делает паузу, Rho догоняет её и останавливает транскрипцию. Новое исследование оспаривает эту модель и предлагает совершенно новый механизм.

Аллостерический механизм вместо «пассивного» преследования

Авторы предоставили убедительные экспериментальные доказательства против прежних «пассивных» моделей. Вместо этого они показали прямые свидетельства аллостерического механизма, в котором специфические конформационные изменения в каталитическом центре РНК-полимеразы ответственны за терминацию, индуцированную Rho. Эта модель даёт общую концептуальную основу для понимания молекулярных принципов всех механизмов терминации.

Кроме того, исследование показало, что Rho прочно связывается с РНК-полимеразой на протяжении всего цикла транскрипции, как in vitro, так и in vivo. Это наблюдение означает, что Rho действует как «субъединица» РНК-полимеразы, которая переключается в режим терминации, как только из полимеразы появляется достаточно длинный незащищённый участок транскрипта, на который может загрузиться Rho.

Потенциал для новых антибиотиков и биотехнологий

«Как только вы узнаете точный механизм работы ключевого фактора транскрипции, вы можете разработать малые молекулы, чтобы изменить его функцию так, что бактерии не смогут выжить», — говорит Евгений Нудлер, PhD, ведущий автор исследования.

Он также отмечает, что эту информацию можно использовать и позитивно — для создания бактериальных штаммов, способных производить большее количество необходимых веществ, таких как витамины и аминокислоты.

Ключевая роль Rho в клетке

В предыдущем исследовании, опубликованном в Science, та же группа использовала антибиотик бицикломицин, специфически нацеленный на Rho, чтобы раскрыть его роль в клетке. Они обнаружили, что Rho контролирует экспрессию почти каждого гена в E. coli, регулируя общий выход транскрипции в соответствии с потребностями клетки. Более того, Rho играет критическую роль в защите бактерий от токсического эффекта «горизонтально перенесённых» генов (например, от вирусов), многие из которых обеспечивают устойчивость к антибиотикам.