Как белки находят свой путь на хромосомах

Исследовательская группа из Уппсальского университета выяснила, как белки, регулирующие активность генов, быстро находят свои целевые сайты связывания на хромосомах среди миллионов возможных. Исследование также подтверждает теорию, предложенную более 30 лет назад. Результаты опубликованы в журнале Science.

Синтез белка — один из центральных процессов жизни. Его правильная работа имеет решающее значение для здоровья.

Производство конкретного белка в клетке начинается с соответствующего гена на хромосоме. Этот процесс в значительной степени регулируется другими белками — транскрипционными факторами. Они стимулируют или блокируют производство, связываясь с ДНК рядом с целевым геном.

Такая регуляция позволяет клетке быстро отключать производство ненужных белков и включать его в ответ на изменения в окружающей среде. Для быстрого ответа регуляторной системы связанные транскрипционные факторы должны уметь быстро освобождаться от ДНК по сигналу и так же быстро находить путь обратно. В бактерии Escherichia coli это означает поиск уникальной последовательности ДНК среди почти пяти миллионов неподходящих сайтов на хромосоме.

– Мы изучали, как транскрипционные факторы находят свои специфические сайты на хромосоме и как быстро они это делают. Оказалось, они сканируют около 40 пар оснований ДНК за раз, скользя вдоль нити ДНК, а затем тестируют новый участок хромосомы, — говорит исследователь Королевской академии Йохан Эльф.

Теорию о том, как находятся нужные гены, предложил исследователь из Уппсалы Отто Берг более тридцати лет назад. Теперь группа Йохана Эльфа экспериментально подтвердила эти теоретические предсказания. Для этого использовалась новейшая микроскопия, достаточно чувствительная, чтобы видеть отдельные белковые молекулы в живых клетках.

– Результаты показывают, что проблемы, которые ранее можно было изучать только с помощью биохимии в пробирках, теперь можно исследовать и в живых клетках. Исследование также подчеркивает пользу сочетания передовых измерительных технологий с детальными физико-химическими моделями для прорыва в молекулярной биологии, — говорит аспирант кафедры клеточной и молекулярной биологии Петтер Хаммар.