Остановка и продолжение: Как клетка справляется с препятствиями в транскрипции

Транскрипция генов — центральный процесс в клетке, преобразующий информацию ДНК в молекулы РНК. Фермент РНК-полимераза II (Pol II) выполняет это считывание, но склонен к транскрипционному арресту.

Биохимик профессор Патрик Крамер и его коллега доктор Алан Чунг впервые показали — и засняли на видео — что происходит, когда Pol II останавливается у «дорожного затора». Они также смогли наблюдать реактивацию транскрипции. Реактивация остановленных комплексов — нормальная часть процесса считывания и имеет фундаментальное значение для всех клеток. Как отмечает Патрик Крамер, «это также используется для регуляции активности генов в стволовых и опухолевых клетках» (Nature online, 23 февраля 2011).

По словам Крамера, «ДНК сама по себе — молчаливая молекула». Её «оживляет» фермент Pol II — молекулярная машина, транскрибирующая генетическую информацию в молекулы матричной РНК (mRNA), которые служат чертежами для синтеза белков.

Транскрипция — сложный процесс, легко нарушаемый. Ошибки, например, неправильное включение нуклеотидов, могут привести к арресту фермента. В таком случае Pol II часто движется ретроградно, смещаясь назад вдоль ДНК, чтобы дефект мог быть исправлен. После проверки фермент перезапускается. Однако иногда фермент отходит слишком далеко, и синтезированная РНК застревает в связывающем кармане.

Это полностью останавливает транскрипцию, и для возобновления движения Pol II требуется фактор транскрипции TFIIS. TFIIS изменяет форму активного центра фермента, так что запутанный участок РНК может быть вырезан, и транскрипция возобновляется, при этом Pol II заново синтезирует этот сегмент. Крамер и Чунг детально изучили механизм блокировки и реактивации на молекулярном уровне — и записали это на видео.

Среди прочего выяснилось, что TFIIS не только смещает застрявший участок mRNA, но и облегчает его вырезание. «Этот процесс происходит во всех клетках постоянно и необходим для их выживания», — говорит Крамер. «Кроме того, у высших организмов он используется для регуляции активности генов, особенно в стволовых и опухолевых клетках».