Два человеческих белка влияют на перемещение «прыгающего гена»

Используя новый метод для поимки неуловимых «прыгающих генов» в момент активности, исследователи обнаружили два человеческих белка, которые использует один тип ДНК для самовоспроизведения и перемещения. Это открытие, описанное в выпуске Cell от 21 ноября, проливает новый свет на понимание «гонки вооружений» между прыгающим геном, стремящимся колонизировать новые области генома, и клетками, ограничивающими риск от таких нестабильных фрагментов ДНК.

Прыгающие гены, или транспозоны, — это сегменты ДНК, несущие инструкции для белков, которые помогают либо скопировать сегмент, либо вырезать и вставить его в новое место в геноме. Человеческие геномы заполнены остатками древних прыгающих генов, но клетки, заинтересованные в ограничении таких вторжений, выработали способы их регуляции. Большинство прыгающих генов мутировали и не могут двигаться, но эти «ржавые остовы» всё ещё передаются из поколения в поколение.

Исключением является прыгающий ген L1, настолько успешный, что его копии составляют около 20% человеческой ДНК. Хотя многие из этих копий теперь мутировали и неактивны, другие всё ещё активны и представляют большой интерес для генетиков.

«Клетки человека выработали способы ограничения активности прыгающих генов, поскольку чем чаще они перемещаются, тем выше вероятность нарушения важного гена и серьёзного повреждения», — говорит ведущий автор исследования Ликсин Дай, доктор философии.

Чтобы выяснить, как клетки контролируют L1 и какие уловки использует ген, команда сначала заставила культивируемые человеческие клетки производить большое количество белков, закодированных в L1. Два типа белка L1 соединились с человеческими белками и РНК, образовав рибонуклеопротеиновые комплексы (RNP), которые L1 использует для «прыжка».

Для выявления человеческих белков, взаимодействующих с RNP, команда адаптировала мощную технику быстрой заморозки клеток жидким азотом с последующей экстракцией RNP магнитными частицами. Метод позволил сохранить взаимодействия.

Было обнаружено 37 белков, взаимодействующих с RNP, два из которых выбрали для детального анализа.

• UPF1 — известен своей ролью в контроле качества РНК. Он связывается с RNP L1, вероятно, потому что РНК L1 содержит инструкции для двух белков вместо одного — что является «красным флагом» для UPF1. Когда ген UPF1 отключали, клетки производили больше РНК и белка L1.
• PCNA — помогает копировать цепи ДНК перед делением клетки. Исследователи обнаружили, что PCNA взаимодействует с критическим сегментом одного из белков L1 в RNP. При изменении этого участка L1 терял способность прыгать. В отличие от подавляющей роли UPF1, PCNA, по-видимому, был «рекрутирован» для помощи прыгающему гену, возможно, заделывая разрывы в ДНК после встраивания L1 в новое место.

Открытия стали возможны благодаря двум новым методам: наработке больших количеств RNP в человеческих клетках и адаптации техники быстрой заморозки для изучения взаимодействий. Эти методы позволят лучше изучить L1, сыгравший ключевую роль в эволюции человеческого генома и связанный с некоторыми видами рака.

«Наше исследование показывает, как прыгающий ген пытается обойти контрольные механизмы клетки-хозяина, и как хозяин пытается минимизировать его активность. Мы с нетерпением ждём новых открытий в этой гонке вооружений», — говорит Дай.