Новое понимание контроля экспрессии генов

Исследователи представили новое понимание механизма контроля экспрессии генов у всех живых организмов, согласно исследованию, опубликованному в eLife.

Эти результаты, впервые представленные на bioRxiv, могут улучшить наше понимание того, как некоторые антибактериальные препараты воздействуют на фермент РНК-полимеразу (RNAP) при лечении таких состояний, как инфекции Clostridium difficile и туберкулез.

Экспрессия генов происходит, когда информация, содержащаяся в ДНК, используется для производства функциональных продуктов генов, таких как белки и другие молекулы. Процесс состоит из двух стадий. На первой стадии, называемой транскрипцией, RNAP считывает информацию с цепи ДНК, которая затем копируется в новую молекулу матричной рибонуклеиновой кислоты (mRNA). На второй стадии эта молекула далее обрабатывается или транслируется.

Однако для контроля уровня экспрессии генов между двумя стадиями может происходить транскрипционная пауза RNAP, создающая своего рода "дорожный затор", где транскрипция может быть прекращена или модулирована.

"Консенсусная последовательность паузы, действующая на RNAP у всех организмов, от бактерий до млекопитающих, останавливает фермент в элементарном состоянии паузы, из которого могут возникать более длительные паузы", — объясняет старший автор Роберт Лэндик, профессор биохимии и бактериологии Университета Висконсин-Мэдисон, США. "Поскольку фундаментальный механизм этой элементарной паузы плохо определен, мы решили исследовать его с помощью различных биохимических и биофизических подходов".

Анализ команды впервые показал, что процесс элементарной паузы включает несколько биологических участников, которые вместе создают барьер, препятствующий выходу из состояния паузы. Процесс также вызывает умеренный конформационный сдвиг, заставляющий RNAP "спотыкаться" при подаче ДНК в свой реакционный центр, временно останавливая синтез РНК.

"Мы также обнаружили, что транскрипционная пауза заставляет RNAP ослаблять хватку и отступать по ДНК во время паузы", — говорит Лэндик. "Вместе эти результаты предоставляют основу для понимания того, как процесс контролируется определенными условиями и регуляторами внутри клеток".

Он добавляет, что эти идеи могут помочь в будущих усилиях по проектированию синтетических генов, например, для управления поведением паузы RNAP таким образом, чтобы получать желаемые результаты экспрессии генов. Это также может улучшить понимание того, как некоторые препараты, известные как ингибиторы RNAP, нацелены на этот фермент.

"На данный момент мы хотели бы попытаться получить структуры комплексов транскрипции в состоянии паузы в серии временных интервалов", — заключает Лэндик. "Это позволило бы нам увидеть, как именно движутся части фермента, когда он входит в состояние паузы и выходит из него".