Учёные определили роль белка в критической экспрессии генов
Клетки организма могут использовать разные источники энергии в зависимости от доступности питательных веществ. Лаборатория Брайана Штраля из Университета Северной Каролины выяснила новые детали того, как клетки адаптируются к этим изменениям, что даёт представление о влиянии эпигенетики на биологию и болезни.
Исследование, опубликованное в Genes & Development, важно для онкологии, так как объясняет, как клетки могут транскрибировать гены в отсутствие высокоэнергетических источников — ситуация, характерная для рака.
Когда энергии много, клетки производят высокоэнергетические молекулы для роста и деления. Раковые клетки часто используют большое количество сахара. При нехватке предпочтительных источников клетки переключаются на другие метаболические пути (например, расщепление жиров), чтобы выжить.
«Остаётся загадкой, как клетки адаптируются к этим изменениям и запускают специализированные программы экспрессии генов», — сказал Штраль, старший автор статьи.
Для изучения этого процесса исследователи использовали систему с дрожжами, где можно было точно контролировать источники энергии, создавая циклы «пира и голода». Это позволило наблюдать метаболические изменения и их влияние на уровень генов.
Активация разных генов регулируется химическими метками (например, ацетилированием) на гистонах, которые упаковывают ДНК. Эти метки «открывают» или «закрывают» гены. Однако связь между доступностью питательных веществ и этими эпигенетическими сигналами была плохо изучена.
Эксперименты под руководством аспиранта Цзибо Чжана показали, что в условиях высокой энергии побочный продукт метаболизма повышает уровень определённой метки (ацетилирования) на гистонах. Было обнаружено, что новый домен в белке, регулирующем экспрессию гена Yaf9, может связывать эту метку и привлекать механизмы для экспрессии генов.
В условиях голодания ситуация менялась: высокоэнергетическая метка с гистонов удалялась для создания критически необходимой клетке энергии. При этом рекрутирование Yaf9 также прекращалось. Хотя такая потеря обычно должна выключать гены, Чжан обнаружил, что в это время активность ферментов, запускающих экспрессию генов, оставалась высокой. Таким образом, клетки нашли способ поддерживать экспрессию генов в условиях низкого уровня питательных веществ без необходимости в высокоэнергетической гистоновой метке.
«Мы считаем, что уникальные различия в типах меток между двумя состояниями (высокая и низкая энергия) могут быть особым сигналом, обеспечивающим эффективность программ экспрессии генов в любое время», — сказал Чжан.
Эта работа важна для понимания нормальной биологии и таких заболеваний, как рак. Известно, что рост раковых клеток в значительной степени зависит от метаболизма. Исследование лаборатории Штраля даёт новое представление о том, как происходит экспрессия генов в условиях высокой энергии, что может открыть новые терапевтические мишени для подавления роста опухоли.