Клеточные пружинные спирали запускают всплески синтеза РНК

Новое теоретическое исследование учёных из Университета Райса, опубликованное в Biophysical Journal, объясняет, почему хромосомы производят белки не равномерно, а всплесками. Модель объединяет химические реакции и механические силы.

Исследователи построили первую упрощённую аналитическую модель «всплескового» синтеза. Она показывает, как давление фермента РНК-полимеразы запускает всплеск производства РНК, но только до тех пор, пока фермент может сжимать петлю ДНК, как пружину.

Как работает процесс:

1. РНК-полимераза, выстраиваясь вдоль двойной спирали ДНК, закручивает её, создавая суперспираль.
2. Эта суперспираль, сжимаясь как пружина, продолжает экспрессировать РНК (которая затем идёт на производство белков).
3. Процесс замедляется по мере сжатия «пружины», пока полимераза не может больше толкать.
4. Другой фермент, гираза, приходит, чтобы снять напряжение, после чего производство может начаться заново. Гираза также снимает отрицательное напряжение, создаваемое по другую сторону полимеразы.

«Мы создали первую количественную энергетическую модель, которая объясняет эту прерывистость», — заявил химик Анатолий Коломейский.

Расчёты показывают, что ДНК-«пружина» относительно слаба, что имеет биологическое значение: процесс можно легче регулировать, контролируя гиразы.

Модель пока учитывает только одну полимеразу, хотя в реальности их много. В будущих исследованиях планируется учесть эффекты от «трафика» полимераз и других эпигенетических факторов.