Учёные представили 3D-структуру «молекулярной машины», инициирующей транскрипцию ДНК

Команда учёных из Университета Рутгерса под руководством Ричарда Х. Эбрайта и Эдди Арнольда определила трёхмерную структуру комплекса инициации транскрипции — ключевого промежуточного звена в процессе считывания клеткой генетической информации из ДНК.

В статье, опубликованной в Science, учёные показали, как «молекулярная машина», ответственная за инициацию транскрипции — белковый комплекс, состоящий из фермента РНК-полимеразы и фактора инициации сигма — распознаёт специфический сайт на ДНК перед геном, связывается с ДНК, расплетает двойную спираль и предорганизует расплетённую ДНК для последующих реакций.

«Определение структуры функционального, специфического комплекса инициации транскрипции было целью исследователей на протяжении трёх десятилетий», — сказал Эбрайт.

  • Структура определена для бактериального комплекса инициации транскрипции.
  • Значение: Она закладывает основу для понимания инициации транскрипции и её регуляции у бактерий и служит отправной точкой для разработки новых антибактериальных агентов, ингибирующих транскрипцию.
  • Применимость: Поскольку транскрипционные машинерии бактерий и высших организмов структурно и механически родственны, эта структура также даёт основу для понимания транскрипции у высших организмов, включая человека.

Структура определяет взаимодействия РНК-полимеразы и сигма-фактора с сайтом инициации транскрипции на ДНК, известным как «промотор». В частности, она показывает взаимодействия с сегментом промотора, который РНК-полимераза и сигма расплетают, образуя одноцепочечную ДНК («транскрипционный пузырёк»), а также с конкретными последовательностями ДНК, которые они распознают и связывают внутри этого сегмента:

  • -10 элемент

  • Дискриминаторный элемент

  • «Core recognition element» (элемент распознавания ядра) — новая последовательность, идентифицированная в этой работе.

Ключевые детали структуры:

  1. Одна часть сигма-фактора распознаёт -10 элемент через контакты с одноцепочечной ДНК, включающие дестакирование и встраивание оснований ДНК в карманы.
  2. Вторая часть сигма распознаёт дискриминаторный элемент через контакты с одноцепочечной ДНК, включающие дестакирование и встраивание основания ДНК в карман.
  3. Третья часть сигма контактирует с другой цепью ДНК и предорганизует её, чтобы она служила матрицей для синтеза РНК.
  4. РНК-полимераза распознаёт «core recognition element» через контакты с одноцепочечной ДНК, дестакируя и встраивая основание ДНК в карман.

Экспертная оценка:

  • Питер фон Хиппель (Университет Орегона): «Это исследование представляет собой очень значительный вклад в понимание работы этой центральной макромолекулярной машины экспрессии генов... [Учёные] смогли детально показать, как сигма-фактор взаимодействует с различными нуклеотидными остатками, участвующими в распознавании важных элементов промотора».
  • Питер Прейш (Национальный институт общих медицинских наук NIH): «Эта подробная трёхмерная структура углубляет наше понимание того, как происходит инициация транскрипции, и может привести к новым способам управления этим фундаментальным процессом в терапевтических целях».
2012-10-18