Новый генетический переключатель позволяет клеткам выживать при низком кислороде

Учёные из Университета Джонса Хопкинса обнаружили новый механизм, с помощью которого клетки реагируют на недостаток кислорода. Исследование о том, как дрожжи Schizosaccharomyces pombe регулируют свои гены в гипоксических условиях, опубликовано 20 октября в журнале Molecular Cell.

Ранее команда показала, что одноклеточный организм S. pombe, используемый как модель для изучения процессов, общих с человеком, контролирует поток генетической информации в ответ на низкий кислород с помощью белка Sre1. Sre1 активируется при низком содержании кислорода в среде и выключается при его достаточном количестве. Чтобы выяснить, как это происходит, учёные исследовали сигнальный путь в поисках переключателя.

«Мы обнаружили, что в условиях, когда уровень Sre1 не меняется, этот белок связывается с ДНК в ядре только при низком содержании кислорода; в противном случае его на ДНК не было», — объясняет Питер Дж. Эспеншейд, доктор философии, доцент кафедры клеточной биологии.

Причина — белок Ofd1, функция которого плохо изучена, но который, по-видимому, является прямым сенсором кислорода. Когда кислорода достаточно, Ofd1 связывается с Sre1, предотвращая его связывание с ДНК и активацию генов.

Чтобы отследить появление Sre1 на ДНК, команда выращивала клетки дрожжей сначала в присутствии кислорода, а затем постепенно переносила их в условия с низким содержанием кислорода. Через определённые промежутки времени клетки обрабатывали химическим веществом, которое заставляет белки необратимо связываться с ДНК. Затем клетки разрушали, извлекали Sre1 из сложной смеси белков и ДНК и измеряли, сколько ДНК с ним связано.

«Мы знали, какие гены включаются в гипоксических условиях, поэтому знали, куда направляется Sre1 при низком кислороде; но нам было интересно, когда он туда прибывает», — говорит Эспеншейд.

Команда увидела, что Sre1 связывается с ДНК уже через 10 минут после воздействия условий низкого кислорода.

«Тот факт, что это была такая быстрая реакция, дал нам уверенность, что это реальный и важный механизм для клетки, чтобы контролировать экспрессию генов при гипоксии», — объясняет учёный.

Эта новая парадигма резко контрастирует с пониманием того, как клетки млекопитающих регулируют экспрессию генов в ответ на низкий кислород, что регулируется изменением уровня белка, известного как индуцируемый гипоксией фактор (HIF).

«Открытие этого нового механизма в дрожжах открывает дверь для возможности того, что это также происходит в клетках млекопитающих, — говорит Эспеншейд. — Показав, что Ofd1 является кислородным сенсором и специфически связывает белки в присутствии кислорода, но не в его отсутствие, мы теперь имеем преимущество в понимании того, что происходит в человеческих клетках».