Ученые раскрыли секреты ключевого белка, превращающего ДНК в РНК
Исследователи из Национальной ускорительной лаборатории SLAC Министерства энергетики США получили новые данные о фундаментальных механизмах работы РНК-полимеразы II (Pol II) — белка, ответственного за транскрипцию ДНК в РНК. Их работа показывает, как белок добавляет нуклеотиды к растущей цепи РНК. Результаты, опубликованные в Proceedings of the National Academy of Sciences, имеют потенциал для применения в разработке лекарств.
Pol II присутствует во всех формах жизни, от вирусов до человека. Ее роль в экспрессии генов — процессе использования генетической информации для синтеза белков — делает ее одним из важнейших белков клетки. Понимание точного механизма добавления нуклеотидов было давней проблемой для науки, а предыдущие исследования давали лишь частичные, низкоразрешающие представления об этом процессе.
Одной из основных трудностей в изучении Pol II была транзиентная природа металлов, особенно магния, в ее активном центре. Эти металлы играют ключевую роль в химических реакциях добавления нуклеотидов, но их мимолетное присутствие затрудняет наблюдение.
Чтобы преодолеть эти трудности, команда использовала новую технику кристаллизации со специальной солью, известной своей способностью стимулировать белок-белковые взаимодействия. Это позволило зафиксировать полимеразу в ранее не наблюдавшемся состоянии и в беспрецедентных деталях рассмотреть «триггерную петлю» — подвижную часть Pol II, которая позиционирует нуклеотиды в активном центре.
Использование рентгеновского лазера на свободных электронах Linac Coherent Light Source (LCLS) в SLAC было еще одним ключевым компонентом исследования. Он позволил собрать данные до того, как образец получил значительные радиационные повреждения.
«Впервые мы смогли увидеть три иона магния в активном центре, — сказала соавтор и ученый SLAC Айна Коэн. — Это стало возможным только благодаря данным лазера на свободных электронах, которые позволили увидеть чрезвычайно чувствительный к излучению третий ион металла».
Еще одно интересное открытие было сделано при изучении мутантной версии Pol II. Эта мутантная РНК-полимераза работает быстрее «дикого типа», но и совершает больше ошибок.
Команда уже работает над исследованиями с временным разрешением, чтобы зафиксировать динамику триггерной петли полимеразы в реальном времени при взаимодействии с нуклеотидами.
Понимание детальных механизмов работы человеческой Pol II открывает путь для разработки молекул, способных ингибировать вирусные и бактериальные полимеразы, минимизируя вредное взаимодействие с человеческими. Это особенно актуально для открытия лекарств, цель которых — создание эффективных против патогенов, но безопасных для человеческих клеток препаратов.