Молекулярная обезьяна организует активацию X-хромосомы

X-хромосомы — особый генетический материал. Их количество различается у мужчин и женщин. Для достижения равенства между полами у женщин одна из двух X-хромосом инактивируется. У мух происходит обратное: у самцов единственная доступная X-хромосома сильно активируется, чтобы компенсировать отсутствие второй. Исследователи из Института иммунобиологии и эпигенетики Макса Планка (MPI-IE) в Фрайбурге показали, как взаимодействующие в процессе активации молекулы РНК и белки находят и связываются друг с другом. Подобно обезьяне, хватающейся за лиану руками и ногами, один из белков удерживает РНК. Затем он «формирует» молекулярную лиану руками, создавая динамичное место встречи РНК и белка.

Ещё несколько лет назад такие последовательности ДНК, которые не транслируются в белки, считались генетическим мусором. За последние годы ситуация резко изменилась. Сегодня учёным широко известно, что большая часть ДНК транскрибируется в РНК, которая, в свою очередь, может действовать как регулятор генов и структурный элемент. РНК также играет центральную роль в регуляции половых хромосом. Как у женщин-людей, так и у самцов мух одна X-хромосома покрыта белково-РНК комплексом. У людей это приводит к инактивации хромосомы, а у мух — к её двойной активации. Нарушение регуляции летально. Хотя этот процесс известен много лет, взаимодействие ключевых белков и особая роль цепи РНК были неясны.

Асифа Ахтар из MPI-IE и её команда раскрыли функцию РНК и взаимодействие белков. Белок MLE, известный как ключевой игрок в активации X-хромосомы, связывается с РНК особым образом. Подобно обезьяне, хватающей лиану, белок захватывает РНК двумя разными способами. Один участок связывания — простой якорь («ноги»), другой («руки») изменяет форму РНК. «Белок MLE формирует цепь РНК. Это позволяет MLE динамично связываться с РНК», — говорит Асифа Ахтар, руководитель исследования. Подобно одной обезьяне, помогающей другой ухватиться за лиану, MLE может таким образом помогать другим белкам захватить цепь РНК. В результате вся X-хромосома может быть покрыта РНК-белковым комплексом.

Во время работы над диссертацией первый автор Ибрагим Илик исследовал, почему MLE обнаруживается в одних и тех же местах на X-хромосоме, но не взаимодействует напрямую с другими белками. «Биохимические и биологические результаты поначалу, казалось, указывали в разные стороны», — говорит Илик. «Но когда мы поняли, что белки связываются высокоспецифично с определёнными участками очень длинной РНК, это был очень волнующий момент».

Исследователи также обнаружили, что отдельные мутации в РНК почти не вредят связыванию белок-РНК. Только множественные мутации приводят к нефункциональной РНК и, следовательно, к гибели самцов мух. «Система очень устойчива к эволюционным влияниям. Это показывает, насколько она важна для выживания животных. В этом РНК может обеспечивать необходимую пластичность», — говорит Ахтар. Учёные теперь хотят изучить эволюционную консервативность этой РНК-белковой системы и её эквивалент у млекопитающих.