Новые детали транскрипции генов на уровне отдельных клеток
Два новых исследования, использующих методы визуализации отдельных молекул in vivo, раскрывают ранее неизвестные детали процесса транскрипции у E. coli.
Движущие силы индивидуальности бактерий
Исследовательская группа профессора Идо Голдинга обнаружила, что слабо экспрессируемый ген проявляет временную вспышку транскрипционной активности в момент репликации гена. Это явление — движущая сила индивидуальности клеток в колонии, так как клетки находятся в разных фазах клеточного цикла и реплицируют ген в разное время.
Также учёные обнаружили корреляцию между разными копиями одного и того же гена внутри клетки: они могут влиять друг на друга, включая или выключая транскрипцию синхронно. Эта корреляция зависит от условий роста.
«Рассматривая транскрипцию на уровне отдельной копии гена, а не делая выводы из общего числа молекул РНК в клетке, мы смогли наблюдать новые детали, которые не учитываются в текущих теоретических моделях», — заключает Голдинг.
Исследование опубликовано в Nature Microbiology 16 сентября 2019 года.
«Дистанционная связь» между молекулами РНК-полимеразы на одном гене
Группа профессора Санджина Кима продемонстрировала, что динамика транскрипции зависит от молекулярной «связи на дальнем расстоянии» между молекулами РНК-полимеразы (RNAP) во время считывания гена.
Оказалось, что RNAP могут взаимодействовать друг с другом на расстоянии до двух тысяч нуклеотидов. При наличии нескольких RNAP они перемещаются быстрее, чем одиночная молекула.
Механизм этой связи основан на свойстве ДНК, называемом суперспирализацией (supercoiling). По мере движения RNAP вдоль ДНК двойная спираль закручивается, и это закручивание становится механизмом для дистанционного взаимодействия между RNAP.
Также было обнаружено, что когда промотор (участок, включающий и выключающий транскрипцию) выключен, RNAP замедляются, а некоторые отсоединяются от гена.
Дальнейшее изучение коллективного поведения RNAP может пролить свет на различные молекулярные процессы, включая эволюцию генетических мутаций и возникновение устойчивости к антибиотикам у бактерий.
Исследование опубликовано в журнале Cell 19 сентября 2019 года.
Оба исследования выполнены учёными, входящими в Центр физики живых клеток (CPLC) Университета Иллинойса, и открывают новое направление для изучения фундаментальных биологических процессов.