Новый механизм регуляции генов
Информация, закодированная в наших генах, переводится в белки, которые в конечном итоге опосредуют биологические функции в организме. Матричная РНК (mRNA) играет важную роль, являясь молекулярным шаблоном для трансляции. Учёные из Helmholtz Zentrum München и Technische Universität München в сотрудничестве с Centre for Genomic Regulation (Барселона, Испания) и коллегами из Гренобля (Франция) раскрыли молекулярный механизм распознавания mRNA, что важно для понимания дифференциальной регуляции генов у мужских и женских организмов. Результаты опубликованы в журнале Nature.
Количество генов у человека, мыши и плодовой мушки почти одинаково (~20 000) и не может объяснить фенотипические различия между этими организмами. Таким образом, для эволюции жизни критическую роль играет не только число генов, но и их регуляция. После транскрипции ДНК производится mRNA, которая служит матрицей для синтеза белков. Синтез белков регулируется связыванием регуляторных белков с mRNA. Как эти белки специфически распознают РНК, до сих пор было плохо изучено.
Международная команда определила трёхмерную структуру такого регуляторного белково-РНК-комплекса. Кристаллографический и NMR-спектроскопический анализ, проведённый в Мюнхене, был дополнен данными малоуглового рассеяния, полученными в Institut Laue Langevin в Гренобле. Учёные исследовали специфический комплекс, образуемый регуляторными белками Sxl (Sex-lethal) и Unr (Upstream-of-N-Ras) с mRNA у плодовой мушки (Drosophila). Этот белковый комплекс необходим для обеспечения того, чтобы экспрессия генов на двух женских (XX) X-хромосомах была равна экспрессии генов на единственной мужской (XY) X-хромосоме. Это гарантирует достижение сопоставимых концентраций белков у обоих полов, что важно для жизнеспособности мух.
Парадигма регуляции генов
Трёхмерная структура показывает, как несколько белков совместно обеспечивают высокоспецифичное распознавание mRNA. «Наши результаты представляют собой парадигму для регуляции различных важных клеточных процессов на уровне mRNA», — объясняет Майкл Заттлер, директор Института структурной биологии HMGU.
Специфичное распознавание mRNA достигается за счёт кооперации нескольких РНК-связывающих белков, даже если эти белки по отдельности обладают низким сродством к связыванию и участвуют в разных клеточных процессах. Комбинируя несколько белков, значительно расширяется количество и разнообразие биологических процессов, которые могут регулироваться относительно небольшим числом регуляторных РНК-связывающих белков.
Авторы ожидают, что этот принцип представляет собой важный и широко распространённый механизм регуляции генов у высших организмов, где мутации или нарушение регуляции гомологичных белков связаны с заболеваниями.