Учёные раскрыли ключевой механизм взаимодействия ДНК и белка

Исследователь из Университета штата Айова обнаружил, как группа белков из фитопатогенных бактерий взаимодействует с ДНК в клетке растения. Это открытие, по словам учёного, может запустить «каскад новых достижений».

Адам Богданов, доцент кафедры фитопатологии, изучал молекулярные основы бактериальных болезней риса, когда он и его студент Мэттью Моску обнаружили, что так называемые TAL-эффекторные белки, которые бактерии Xanthomonas вводят в клетки растений, присоединяются к определённым участкам молекулы ДНК растения.

Они выяснили, что разные белки этого класса связываются с разными участками ДНК, и конкретные аминокислоты в каждом белке определяют эти участки связывания очень простым способом.

«Когда мы это поняли, мы подумали: "Вау, это настолько просто, что смешно"», — сказал Богданов.

Исследование Богданова будет опубликовано в ближайшем выпуске журнала Science и уже представлено в Science Express. Работа публикуется одновременно с исследованием другой команды, которая независимо пришла к тем же выводам.

Богданов изучал, как Xanthomonas использует TAL-эффекторы для манипуляции работой генов растений в пользу патогена. Его интересовало, как разные TAL-эффекторные белки активируют разные соответствующие гены растения.

С помощью компьютерного анализа Богданов и Моску обнаружили, что пары аминокислот, распределённые по всему TAL-эффекторному белку, каждая определяют конкретный нуклеотид — одно из оснований ДНК, обозначаемых буквами G, A, T или C. Полный набор этих пар направляет белок к соответствующей последовательности из G, A, T и C в ДНК.

«Это простое соотношение позволяет нам предсказать, где TAL-эффектор свяжется и какие гены активирует. Это также делает вероятной возможность конструировать TAL-эффекторы для связывания практически с любой последовательностью ДНК», — говорит Богданов.

Возможные применения открытия:

• Быстрое определение генов растений, важных для развития болезни. Естественные варианты растений, лишённые этих сайтов связывания, — потенциальный источник устойчивости к болезням.
• Добавление сайтов связывания TAL-эффекторов к генам, связанным с защитой, чтобы активировать их при заражении.
• Возможность использования TAL-эффекторов для активации генов в клетках нерастительного происхождения, возможно, даже в человеческих стволовых клетках для генной терапии, или для модификации ДНК в конкретных местах для изучения функции генов (например, в исследованиях рака).

Богданов отметил, что предсказуемый и потенциально настраиваемый тип белок-ДНК взаимодействия редко встречается в природе.