Регуляция белков связана с циклом роста клеток

Исследователи из Корнелла, отслеживая движение белков в живой клетке с нанометровой точностью, получили новое представление о том, как клетки регулируют экспрессию своих генов.

Когда концентрация необходимого белка повышается, регуляторный белок отсоединяется от ДНК, останавливая экспрессию гена. Однако механизм этого отсоединения был мало изучен.

Методом мечения белков флуоресцентными красителями учёные наблюдали за их движением с разрешением в несколько нанометров. В растворе с ДНК они подтвердили, что повышение концентрации белка-продукта приводит к его отсоединению от ДНК.

Повторив эксперимент в живых клетках бактерий E. coli, исследователи сделали неожиданное открытие. Отсоединение регуляторного белка не только зависит от концентрации целевого белка, но и связано с клеточным циклом роста и деления. Результаты опубликованы 6 июля в журнале Nature Communications.

Исследование проводилось на белках CueR и ZntR, которые регулируют производство защитных белков от отравления медью и цинком соответственно. Когда ионы металла связываются с регуляторным белком, он меняет форму и активирует защитные гены. После детоксикации в клетке накапливается "свободная" (неметаллизованная) форма регулятора, которая способствует отсоединению активной формы от ДНК и выключает ген.

Наблюдения показали, что события отсоединения происходили на большей площади, что указывало на менее конденсированное состояние хромосомы. ДНК становится менее плотно упакованной во время роста клетки для репликации и снова конденсируется перед делением. Таким образом, регуляция экспрессии генов оказалась привязана к циклу роста клетки.

"Это было очень неожиданное наблюдение, — сказал Пэн Чэнь. — Белок имеет две формы, связанную [с атомом металла] и свободную. Разные формы по-разному реагируют на конденсацию хромосомы".

Хотя это фундаментальное исследование может в перспективе привести к новым способам борьбы с вредными бактериями, его главная ценность — в понимании базовых биологических механизмов.