Взаимодействие фермента, считывающего гены, с ингибирующим белком дало неожиданные результаты

Ферментный комплекс РНК-полимераза (RNAP) в клетке захватывает ДНК, как клешня краба, сканирует кодирующие гены участки и транскрибирует эти последовательности в молекулы матричной РНК (mRNA), которые в итоге служат чертежом для производства белков.

На этот процесс могут влиять белки, известные как факторы транскрипции. Однако для структурных биологов понимание того, как эти факторы влияют на функцию RNAP, представляет серьёзную проблему. «Очень трудно получить кристаллы RNAP — необычно большого фермента, — говорит Сигэюки Йокояма, директор Центра системной и структурной биологии RIKEN в Йокогаме. — В частности, кристаллические структуры комплексов бактериальной RNAP с факторами транскрипции никогда не были описаны».

Тем не менее, недавно Йокояма и его коллеги успешно получили кристаллическую структуру, которая запечатлела RNAP в процессе транскрипции в комплексе с фактором транскрипции Gfh1 (гомолог фактора Gre 1) из бактерии Thermus thermophilus.

RNAP состоит из нескольких отдельных модулей, соединённых гибкими линкерными участками. Большая часть ферментативного аппарата находится в модулях «полки» и «ядра», которые образуют основное тело «клешни» RNAP. В полученной структуре исследователи обнаружили ранее не наблюдавшееся расположение модулей RNAP: своего рода «храповое» движение привело к заметному смещению полки относительно ядра по сравнению с нормальной структурой.

Более того, связывание Gfh1, по-видимому, фиксирует RNAP в этой конфигурации. Этот фактор транскрипции — известный ингибитор — встраивается в канал на комплексе, который в норме принимает нуклеотиды для добавления к вновь синтезируемым молекулам РНК. Однако такое встраивание было бы невозможно при нормальной структуре RNAP, где канал слишком узок. Это говорит о том, что RNAP совершает это неожиданное храповое движение как часть своего нормального поведения, что, в свою очередь, делает её уязвимой для ингибирования Gfh1. «Это конформационное изменение было самым удивительным, — говорит Йокояма. — Предсказать это было просто невозможно до того, как была решена структура RNAP–Gfh1».

В последующих биохимических экспериментах учёным удалось, по сути, «поймать» RNAP в момент совершения храпового движения. Это предоставило дополнительные доказательства того, что такое поведение происходит спонтанно в природе и, вероятно, напрямую способствует транскрипционной активности фермента.

«Мы предполагаем, что RNAP использует это «храповое» состояние для скольжения вдоль цепей ДНК как промежуточный этап в ходе нормальной транскрипции, — говорит Йокояма. — Это состояние также может использоваться как промежуточное для терминации транскрипции, при которой [РНК] диссоциирует от RNAP». Он добавляет, что проверка этих и других гипотез станет главным приоритетом для будущих экспериментов.