Исследователи предоставили новое понимание механизма, лежащего в основе контроля экспрессии генов во всех живых организмах, согласно исследованию, опубликованному сегодня в eLife.
Выводы, впервые опубликованные на сайте bioRxiv, могут в конечном итоге улучшить наше понимание того, как некоторые антибактериальные препараты действуют против фермента РНК-полимеразы (РНКП) при лечении таких состояний, как инфекции Clostridium difficile и туберкулез.
Экспрессия генов происходит, когда информация, содержащаяся в ДНК, используется для производства функциональных генных продуктов, таких как белки и другие молекулы. Процесс имеет две стадии. На первом этапе, называемом транскрипцией, РНКП считывает информацию в цепи ДНК, которая затем копируется в новую молекулу матричной рибонуклеиновой кислоты (мРНК). На втором этапе молекула переходит к обработке или трансляции.
Однако, чтобы помочь контролировать уровни экспрессии генов, пауза транскрипции с помощью РНКП может происходить между двумя стадиями, создавая своего рода «блокпост», где транскрипция может быть прекращена или модулирована.
«Последовательность согласованной паузы, которая действует на РНКП во всех организмах, от бактерий до млекопитающих, останавливает фермент в состоянии элементарной паузы, из которого могут возникать более длительные паузы», - объясняет старший автор Роберт Ландик, профессор Чарльза Янофски. Биохимии и бактериологии в Университете Висконсин-Мэдисон, США. «Поскольку фундаментальный механизм этой элементарной паузы точно не определен, мы решили изучить его, используя различные биохимические и биофизические подходы."
Анализ команды впервые показал, что в процессе элементарной паузы участвуют несколько биологических игроков, которые вместе создают барьер, предотвращающий выход из состояния паузы. Этот процесс также вызывает небольшой конформационный сдвиг, из-за которого РНКП «запинается» при подаче ДНК в свой реакционный центр, временно останавливая ее от образования РНК..
«Мы также обнаружили, что пауза в транскрипции заставляет РНКП ослаблять свою хватку и возвращаться к ДНК во время паузы», - говорит Ландик. «Вместе эти результаты обеспечивают основу для понимания того, как процесс контролируется определенными условиями и регуляторами внутри клеток».
Он добавляет, что эти идеи могут помочь будущим усилиям по созданию синтетических генов, например, для управления поведением РНКП при паузе таким образом, чтобы гены давали желаемые результаты. Это также может помочь нам понять, как определенные препараты, известные как ингибиторы РНКП, воздействуют на фермент.
«На данный момент мы хотели бы попытаться сгенерировать структуры комплексов транскрипции с паузой, полученные через ряд временных интервалов», - заключает Ландик. «Это позволило бы нам увидеть, как именно перемещаются части фермента, когда он входит в состояние паузы и выходит из него».