Биологи раскрыли, как клетки контролируют направление считывания генома

Биологи MIT обнаружили механизм, который позволяет клеткам считывать свою ДНК в правильном направлении и предотвращает копирование большей части так называемой "мусорной ДНК", составляющей длинные участки нашего генома.

Только около 15% человеческого генома состоит из кодирующих белки генов. Однако в последние годы учёные обнаружили, что удивительное количество "мусорной" или межгенной ДНК всё же копируется в РНК — молекулу, которая переносит сообщения ДНК к остальной части клетки.

В 2008 году исследователи MIT под руководством профессора Филлипа Шарпа обнаружили, что большая часть этой РНК генерируется в процессе дивергентной экспрессии, при котором клетки считывают свою ДНК в обоих направлениях, удаляясь от заданной стартовой точки.

В новой статье в Nature Шарп и его коллеги описывают, как клетки инициируют, но затем останавливают копирование РНК в "верхнем" (upstream) или некодирующем направлении, позволяя ему продолжаться в направлении, в котором гены считываются правильно. Это открытие помогает объяснить существование многих недавно обнаруженных типов коротких цепочек РНК, функция которых неизвестна.

Выбор направления

Чтобы инициировать копирование, фермент РНК-полимераза закрепляется на ДНК в участке, известном как промотер. Когда РНК-полимераза достигает стоп-сигнала в конце гена, она останавливает транскрипцию и добавляет к мРНК последовательность оснований, известную как поли-А хвост. Этот процесс, полиаденилирование, помогает подготовить молекулу мРНК к экспорту из ядра клетки.

Секвенируя мРНК-транскрипты эмбриональных стволовых клеток мыши, исследователи обнаружили, что полиаденилирование также играет важную роль в остановке транскрипции "верхних" (upstream), некодирующих последовательностей ДНК. Они выяснили, что в этих областях наблюдается высокая плотность сигнальных последовательностей для полиаденилирования, что заставляет ферменты разрезать РНК до того, как она станет очень длинной. Участки ДНК, кодирующие гены, имеют низкую плотность этих сигнальных последовательностей.

Исследователи также обнаружили другой фактор, влияющий на продолжение транскрипции. Недавно было показано, что когда клеточный фактор U1 snRNP связывается с РНК, полиаденилирование подавляется. Новое исследование MIT показало, что гены имеют более высокую концентрацию сайтов связывания для U1 snRNP, чем некодирующие последовательности, что позволяет транскрипции генов продолжаться беспрепятственно.

Работа демонстрирует важную роль U1 snRNP в защите мРНК во время её транскрипции с генов и в предотвращении ненужного копирования клеткой некодирующей белки ДНК.

Функция всей этой "верхней" некодирующей РНК всё ещё является предметом активного изучения. Лаборатория Шарпа сейчас исследует взаимосвязь между этим процессом транскрипции и наблюдением большого количества так называемых длинных некодирующих РНК (lncRNA).