Защита ДНК, шаг за шагом
Новое исследование, опубликованное в Cell Reports, раскрывает механизм защиты ДНК в репродуктивных клетках с помощью системы «найди и уничтожь».
Европейские учёные обнаружили, как клетки производят короткие молекулы РНК — piRNA, которые идентифицируют и «заглушают» «прыгающие гены» (транспозоны). Эти гены способны менять своё положение в геноме, что может нарушить генетический код.
piRNA длиной всего в 30 «букв» генетического кода встречаются только в клетках репродуктивных органов животных, где целостность ДНК особенно важна. Они связываются с белками PIWI и направляют их к матричной РНК (мРНК), произведённой прыгающими генами, которую белок PIWI затем уничтожает.
Также piRNA могут направлять белки PIWI к самому прыгающему гену в ядре клетки, что приводит к его «молчанию» и предотвращает производство новой РНК. Хотя piRNA известны давно, процесс создания тех из них, что нацелены на гены в ядре, оставался неясным.
Исследователи из EMBL Grenoble и CEA-Grenoble вставили искусственный «прыгающий ген» в половую клетку плодовой мушки. Они наблюдали, как piRNA связывается с мРНК прыгающего гена в цитоплазме и с белком PIWI, который отрезает первый участок этой мРНК, чтобы её «заглушить».
Однако уничтожение мРНК было лишь началом. Белок PIWI с piRNA продолжал движение вдоль молекулы мРНК прыгающего гена, отрезая по 30 «букв» кода за раз и превращая их в новые piRNA. Этот процесс учёные назвали «inchworming» («ходьба гусеницы»).
Новые piRNA затем загружались на другой белок PIWI, который мог попасть в ядро клетки. Там piRNA распознавали прыгающий ген в самой ДНК, что позволяло белку PIWI его заглушить.
«Мы ожидали просто увидеть, как прыгающий ген заглушается в цитоплазме, и были очень удивлены, обнаружив, что он превращается в новые piRNA, которые специфично загружаются на белок PIWI, работающий в ядре», — объясняет Рамеш Пиллаи из EMBL Grenoble.
Создание копий увеличивает количество piRNA, способных распознать конкретный прыгающий ген, сохраняя «память» об исходной угрозе. Это делает подавление гена в ДНК более эффективным.
Неконтролируемая активность транспозонов в половых клетках может приводить к бесплодию. Команда, включающая Радху Рамана Пандея и Дэвида Хомолку из лаборатории Пиллаи, теперь исследует, работает ли аналогичный процесс «inchworming» в клетках млекопитающих, чтобы приблизиться к пониманию этих механизмов у человека.