Учёные использовали криоэлектронную микроскопию, чтобы раскрыть структурные изменения, временно останавливающие синтез РНК

Исследователи выяснили механизм паузы в транскрипции — процессе синтеза РНК на матрице ДНК ферментом РНК-полимеразой. Для этого они применили криоэлектронную микроскопию (cryo-EM), позволившую определить структуры РНК-полимеразы до, во время и сразу после паузы в синтезе РНК с атомарным разрешением.

Ключевой компонент паузы транскрипции у бактерий — белковый фактор NusG, который консервативен у разных организмов, включая человека. Это означает, что открытый механизм может быть универсальным для понимания регуляции генов.

Как работает пауза

• Работа лаборатории Пола Бабицке показала, что NusG распознаёт специфическую короткую последовательность на нематричной цепи ДНК (той, которая не служит шаблоном для РНК).
• Cryo-EM структура показала, что NusG взаимодействует с нематричной ДНК, зажимая её в узкой полости между собой и доменом РНК-полимеразы, называемым бета-долей.
• Это взаимодействие, хотя и далеко от активного центра фермента, препятствует вращению шарнирного модуля РНК-полимеразы. Это, в свою очередь, мешает правильному сворачиванию триггерной петли — элемента, необходимого для синтеза РНК. Процесс останавливается, «как если что-то застряло в одной из шестерёнок двигателя».

Визуализация процесса

Используя данные cryo-EM от одной замороженной пробы, содержащей комплексы на разных стадиях, учёные определили серию структур и расположили их последовательно, восстановив «фильм» о паузе транскрипции, подобно анимации из флипбука.

Выход из паузы

При определении структур комплекса, к которому добавили субстрат РНК-полимеразы (NTP), учёные увидели, как комплекс выходит из паузы: нематричная ДНК высвобождается из полости, что позволяет шарнирному модулю снова вращаться, а триггерной петле — сворачиваться, возобновляя синтез РНК.

Перспективы: Поскольку компоненты механизма консервативны, исследователи планируют изучить, работает ли он аналогично у архей и эукариот (например, у Drosophila — плодовой мушки). Это открытие также может помочь в поиске новых антибактериальных агентов, нацеленных на ингибирование паузы транскрипции.

Исследование опубликовано 6 февраля в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.