Рибопереключатели в действии: механизм включения и выключения генов

Клетка — это сложная среда, где метаболиты должны поддерживать правильное равновесие, которое может меняться в зависимости от потребностей. Клетки регулируют концентрацию метаболитов с помощью специфических «переключателей» — рибопереключателей, которые блокируют или активируют синтез белка. Точный механизм их работы до сих пор плохо изучен. Исследование учёных SISSA Джованни Бусси, Франческо Колицци и Франческо Де Пальма, опубликованное в журнале RNA, даёт важные новые данные.

Рибопереключатель находится в цепи матричной РНК (мРНК) — шаблоне для «печати» белков, необходимых для метаболизма клетки. В отличие от остальной части мРНК, рибопереключатели не кодируют белок (они относятся к некодирующей РНК), а служат для активации или деактивации процесса синтеза. У бактерий они расположены перед кодирующей последовательностью. Известно, что переключение происходит благодаря изменению формы рибопереключателя, когда его часть (аптамер) связывается с сигнальной молекулой из клеточной среды. Бусси и коллеги использовали компьютерное моделирование, чтобы воспроизвести динамику этого процесса и понять, как связывание с метаболитом вызывает изменение формы.

Учёные смоделировали рибопереключатель, который использует молекулу аденина в качестве сигнала для регуляции гена, экспрессирующего белок, участвующий в метаболизме самого аденина. Результаты показывают, как аденин стабилизирует активную форму рибопереключателя (которая запускает синтез белка) в ущерб неактивной конформации. «Мы использовали молекулярную динамику как своего рода "виртуальный микроскоп", чтобы наблюдать за работой процесса», — пояснил Джованни Бусси. «Понимание этих регуляторных механизмов очень важно, так как они присутствуют у многих бактерий, а также у многоклеточных организмов, и могут быть полезны для разработки новых антибиотиков в будущем».

Исследование выполнено в рамках проекта, финансируемого Европейским исследовательским советом (ERC) и координируемого Бусси.

Компьютерное моделирование в работе проводилось с использованием программного обеспечения PLUMED, последняя версия которого была представлена в другой недавней статье Бусси в Computer Physics Communications. PLUMED — это программа, созданная для проведения и анализа симуляций. «Эта более продвинутая версия программы была разработана командой из пяти молодых исследователей из международных институтов».

Не случайно все исследователи, участвовавшие в этой работе, — молодые учёные: проект частично финансировался специальным грантом SISSA для молодых непостоянных научных сотрудников, который Бусси получил в 2011 году.