Белки вытесняют друг друга, чтобы выключить ненужные гены
Клетки имеют резервную систему для быстрого выключения активированных генов, чтобы не тратить энергию на производство ненужных белков. Исследователи из Корнеллского университета определили два эффективных механизма этого процесса.
Исследование, опубликованное 4 сентября в онлайн-издании Proceedings of the National Academy of Sciences, проводилось на бактериях. Это может привести к новым способам борьбы с вредными бактериями и улучшить понимание регуляции транскрипции генов.
Метод наблюдения
Процессы изучались на уровне отдельных молекул с помощью флуоресцентных меток. Белки и сайты связывания ДНК помечались молекулами, которые начинают флуоресцировать или меняют интенсивность свечения при сближении (на расстоянии нанометров). Это позволило отслеживать ориентацию белка при связывании с ДНК.
Модельная система: защита от меди
Исследователи работали с бактериями, для которых медь токсична. В норме белок CueR связывается с ДНК и блокирует гены, кодирующие защитные белки. При появлении меди атомы Cu связываются с CueR, меняя его конфигурацию и позволяя начать транскрипцию генов.
Механизмы быстрого выключения
Когда угроза исчезает, другая форма CueR, циркулирующая в клетке, выключает ген. Наблюдения показали два быстрых пути:
- Белок-выключатель выталкивает связанный активатор.
- Он "помогает" активатору отсоединиться, а затем занимает освободившееся место.
Эти механизмы в 70 раз быстрее, чем пассивное ожидание самостоятельного отсоединения активатора.
Два ориентационных состояния CueR
Исследование также показало, что CueR может связываться с ДНК в двух ориентациях и спонтанно переключаться между ними:
- В одной ориентации он связывается специфично с целевым геном.
- В другой — неспецифично с ДНК.
Учёные предполагают, что неспецифическое связывание позволяет белку быстрее находить целевой сайт, скользя вдоль ДНК, а затем переключаться в "рабочий" режим.
Исследование поддержано Национальными институтами здоровья (NIH) и частично Национальным научным фондом (NSF).