Белки помогают ферменту РНК-полимеразе удерживать ДНК

Учёные обнаружили семейство белков, которые закрывают критический зазор в ферменте РНК-полимеразе, необходимом для всей жизни. Это позволяет ферменту сохранять прочную связь с ДНК и запускать активацию генов.

РНК-полимераза отвечает за начало экспрессии генов во всех клетках. Она обвивает двойную спираль ДНК, используя одну цепь для создания копии генетического материала. Если фермент отсоединится от ДНК или остановится, синтез белков прекратится и клетка погибнет.

Исследователи из Университета штата Огайо на бактериальной модели показали, что специфический белок связывается с двумя сторонами зазора в молекуле РНК-полимеразы в критической точке её соединения с ДНК. Это эффективно закрывает промежуток, создавая зажим вокруг двух цепей.

В бактериях эту функцию выполняют два родственных белка:

• NusG, необходимый для роста бактерий.
• RfaH, фактор вирулентности, который даёт бактериям способность инфицировать и вызывать заболевание.

В зависимости от гена, либо NusG, либо RfaH заполняют критический зазор в РНК-полимеразе, поддерживая связь фермента с ДНК.

«РНК-полимераза образует две половины зажима, и эти белки связываются посередине, делая зажим полным», — пояснила старший автор исследования Ирина Арцимович.

Понимание этого механизма может внести вклад в разработку антибиотиков. Поскольку эти белки играют критическую роль в поддержании жизни клетки, они могут стать мишенями для лекарств, предназначенных для уничтожения бактерий или лишения их способности вызывать болезнь.

РНК-полимераза обладает процессивностью — способностью без остановок и ошибок выполнять свою длительную и сложную работу. Учёные знали об этой способности, но не понимали, как она поддерживается. Поскольку РНК-полимераза универсально консервативна (присутствует и выполняет одну функцию у всех живых организмов), эти открытия, сделанные на бактериях, применимы и к другим формам жизни, включая человека.

«В организме человека цепи РНК могут достигать длины в 1 миллион нуклеотидов. Чтобы предотвратить бесполезный цикл остановок и перезапусков, какой-то фактор должен помочь РНК-полимеразе оставаться связанной с ДНК и РНК. Наш главный аргумент в том, что РНК-полимераза может работать дольше, если образует кольцо вокруг ДНК», — сказала Арцимович.

Белки RfaH и NusG также являются универсально консервативными и представляют собой единственное известное семейство транскрипционных факторов с таким свойством.

Эксперименты на Escherichia coli подтвердили, что структура этих белков позволяет им закрывать зажим на РНК-полимеразе и способствовать её процессивности. Конкретный белок, заполняющий зазор, зависит от контекста:

• NusG действует в большинстве случаев, когда клетке нужно включить гены для роста.
• RfaH вступает в действие при специализированном контроле генов, например, при инфицировании бактериями организма-хозяина.

Исследование опубликовано в номере журнала Molecular Cell от 22 июля 2011 года.