Биологи выяснили, как вариативность субъединиц РНК-полимераз влияет на экспрессию генов

Биологи из Университета Индианы обнаружили, что функции различных типов ферментов РНК-полимераз — молекулярных машин, превращающих ДНК в РНК, — могут различаться в зависимости от вариаций в белковых субъединицах, из которых эти машины собраны.

Исследование синтеза и функции разных РНК-полимераз (Pol), включая открытые более десяти лет назад автором работы Крейгом Пикардом растительные ферменты Pol IV и Pol V, показало, что состав субъединиц полимераз играет роль в избирательном "выключении" (сайленсинге) определённых генов.

Все эукариоты (растения, животные, грибы) содержат жизненно важные Pol I, II и III, каждая из которых собрана из разных комбинаций 12–17 белковых субъединиц. В 1999 году, анализируя геном Arabidopsis thaliana, Пикард идентифицировал Pol IV и Pol V.

Работа показала, что Pol IV и Pol V, не являясь жизненно необходимыми и будучи специализированными формами Pol II, играют ключевую роль в РНК-направленном метилировании ДНК. Этот процесс "заглушает" мобильные генетические элементы (ретротранспозоны), которые могут навредить, если начнут бесконтрольно распространяться.

Ключевое открытие: Среди 12 общих для Pol II, IV и V субъединиц существуют альтернативные формы девятой субъединицы (9a и 9b). Они чрезвычайно похожи (различаются лишь 8 из 114 аминокислот), но не являются полностью взаимозаменяемыми.

• Растения, лишённые обеих белковых форм, погибают на эмбриональной стадии. Отсутствие только одной из них не смертельно, что указывает на частичную избыточность для выживания.
• Однако растения без 9a или 9b имеют разные физические характеристики (например, форму листьев). Это доказывает, что Pol II, собранная с 9a, функционирует не так, как Pol II, собранная с 9b.
• Pol V, собранная с субъединицей 9b, способна проводить РНК-направленное метилирование ДНК, а Pol V с субъединицей 9a — нет.

"Это первые доказательства того, что разные функциональные подтипы ядерных РНК-полимераз создаются с использованием альтернативных субъединиц... Результаты также впервые показывают, что девятая субъединица играет роль в РНК-направленном метилировании ДНК", — пояснил Крейг Пикард.

Поскольку новые данные указывают, что РНК-направленное метилирование ДНК и сайленсинг транспозонов происходят и в линии клеток, формирующих сперму у млекопитающих, транскрипция Pol II оказывается вовлечена в этот процесс и у растений, и у животных.

"Изменения в метилировании ДНК и сайленсинге генов участвуют в множестве генетических нарушений и заболеваний, включая рак. Наши исследования Pol IV и Pol V могут рассказать нам важные вещи об их "кузене" — Pol II, — которые иначе узнать невозможно, в том числе о том, как синтез РНК может определять участки метилирования ДНК", — отметил Пикард.