Открыт новый механизм регуляции работы генов у бактерий

12.12.06 | Генетика, Александр Марков | Комментировать

А

В последние годы одним из самых быстро развивающихся направлений в молекулярной биологии стало исследование разнообразных маленьких молекул РНК, которые, как выяснилось, играют в жизни клетки огромную роль. В результате этих исследований представления о молекулярных основах жизни сильно изменились. Еще лет 10 назад считалось, что в основе жизнедеятельности клетки лежат белки и ДНК, а РНК играет второстепенную роль посредника в процессе реализации записанной в ДНК наследственной информации.

Сегодня стало ясно, что молекулы РНК являются активными участниками множества жизненно важных процессов. Постоянно открываются новые функциональные молекулы РНК и новые «роли», выполняемые этими молекулами в клетке. Эти открытия в целом очень хорошо согласуются с теорией РНК-мира. Действительно, если древнейшие живые организмы умели обходиться вообще без белков и ДНК и все функции в них выполнялись молекулами РНК, то можно ожидать, что и в современных организмах эти многофункциональные молекулы не остались без работы.

В последнем номере журнала Science опубликована статья американских биологов, в которой описан новый крайне любопытный механизм регуляции работы генов при помощи РНК, встречающийся у бактерий. В этом механизме, на наш взгляд, довольно ясно угадывается «след РНК-мира». Главный участник новооткрытой регуляторной системы — особая молекула РНК (6S-РНК). Эта молекула присоединяется к ферменту РНК-полимеразе, отвечающему за считывание генетической информации, и не дает ферменту нормально работать. В результате клетка перестает «считывать» собственные гены и синтезировать белки. Это происходит при недостатке ресурсов, когда бактерии выгодно приостановить жизнедеятельность и подождать «лучших времен».

Известно довольно много регуляторных РНК, способных связываться с белками и влиять на их функции, так что сама по себе такая регуляция не новость. По-настоящему интересным и новым является то, каким образом 6S-РНК соединяется с РНК-полимеразой, и в особенности то, как она от нее потом открепляется.

Прежде всего исследователи реконструировали пространственную структуру молекулы 6S-РНК. Зная последовательность нуклеотидов в молекуле РНК, можно довольно точно предсказать ее трехмерную конфигурацию: какие участки «слипнутся» в двойную спираль, какие останутся одноцепочечными, где образуются петли и т. д.

Оказалось, что большая часть молекулы образует двойную спираль (см. рис., А). Посередине молекулы имеется «расплетенный» участок, похожий по своей структуре на промотор (B) — участок ДНК, к которому должна прикрепляться РНК-полимераза и с которого начинается транскрипция.

Ученым удалось экспериментально показать, что РНК-полимераза действительно принимает этот псевдопромотор, расположенный на 6S-РНК, за «настоящий», и прикрепляется к нему своим активным центром. В результате активный центр фермента оказывается «забит», и фермент выводится из строя — правда, не навсегда. Чтобы освободиться от «застрявшей» в его активном центре молекулы 6S-РНК, фермент РНК-полимераза, как выяснилось, должен совершить удивительное действие. Он должен начать синтезировать на матрице 6S-РНК ее копию, то есть вести себя как РНК-зависимая РНК-полимераза — древнейший из ферментов, отвечавший за размножение организмов в РНК-мире (см. Найден самый древний из ферментов, «Элементы», 11.12.2006).

Это происходит, когда в окружающей среде становится достаточно ресурсов и в клетке возрастает концентрация активированных нуклеотидов (нуклеотид-трифосфатов) — тех кирпичиков, из которых собираются молекулы РНК и ДНК. РНК-полимераза начинает осуществлять «транскрипцию» молекулы 6S-РНК с того самого нуклеотида, с которого должна была бы начаться транскрипция, будь на месте 6S-РНК с ее псевдопромотором молекула ДНК с настоящим промотором (на рисунке этот нуклеотид U отмечен Г-образной стрелкой).

Этот странный архаичный процесс продолжается недолго. Когда синтезированный фрагмент РНК достигает длины 20 нуклеотидов (на рисунке копируемый участок РНК обведен рамочкой), этот фрагмент вступает во взаимодействие с собственной матрицей, то есть с молекулой 6S-РНК, и «отрывает» ее от РНК-полимеразы. Освобожденная РНК-полимераза теперь может приступить к своей основной работе — прочтению генов, то есть синтезу РНК на матрице ДНК.

Эту необычную систему регуляции работы генов можно было бы интерпретировать просто как некую «причуду матушки-природы» (сами авторы, надо сказать, вообще воздерживаются от каких-либо эволюционных интерпретаций своего открытия), если бы не опубликованная практически одновременно в журнале PLoS Biology статья, о которой только что рассказали «Элементы».

В этой статье показано, что ферменты транскрипции (ДНК-зависимые РНК-полимеразы) современных организмов происходят от РНК-зависимых РНК-полимераз, возникших, вероятно, еще в эпоху РНК-мира. Получается, что РНК-полимераза кишечной палочки, синтезируя короткую молекулу РНК на РНК-матрице, как бы «вспоминает» свое далекое прошлое. Этот процесс вполне может быть не новообразованием, а наследием эпохи РНК-мира. А вся эта новооткрытая регуляторная система может быть отголоском того периода эволюции жизни, когда организмы, построенные на основе РНК и первых немногочисленных белков, уже начали обзаводиться молекулами ДНК в качестве более надежных хранителей наследственной информации. В этот период между «РНК-генами» и «ДНК-генами» могла существовать конкуренция за фермент РНК-полимеразу. Процессы и связи, развившиеся в результате этой конкуренции, могли впоследствии лечь в основу различных систем регуляции работы генов.

С этой точки зрения выявленное в последние годы чрезвычайно активное участие маленьких молекул РНК в регуляции работы генов выглядит вполне закономерным и ожидаемым.

Источник: Karen M. Wassarman, Ruth M. Saecker. Synthesis-Mediated Release of a Small RNA Inhibitor of RNA Polymerase // Science. 2006. V. 314. P. 1601-1603.

См. также:
1) Найден самый древний из ферментов, «Элементы», 11.12.2006.
2) Сложные РНК-переключатели — новый механизм регуляции генов, «Элементы», 18.10.2006.
3) Происхождение жизни.

Александр Марков

<<Назад | Дальше>>

Последние новости: Генетика, Александр Марков

 22.04.08 Зачем нужны «ненужные» гены

 21.04.08 Фитопланктон реагирует на рост концентрации CO₂ не так, как ожидалось

 18.04.08 Белок–регулятор индивидуального развития управляет движением раковых клеток

 12.04.08 Эволюция под управлением компьютера

 10.04.08 Новые данные позволили уточнить родословную животного царства

 04.04.08 Гневный характер повышает статус мужчин, но дискредитирует женщин

 02.04.08 Люди пришли в Европу более миллиона лет назад

 18.03.08 Новые данные генетики и археологии проливают свет на историю заселения Америки

 17.03.08 На островах в Тихом океане обнаружены кости карликов

 12.03.08 Изменение гена, необходимого для симбиоза растений с грибами, привело к формированию симбиоза с азотфиксирующими бактериями

Астрономические наблюдения недели

Новости науки почтой (рассылка на Subscribe.ru):

Начало формы

Конец формы

Новости науки по темам: антропология, археология, астрономическая научная картинка дня, астрономия, биология, биотехнологии, генетика, геология, затмения, информационные технологии, космос, лингвистика, математика, медицина, нанотехнологии, наука в России, наука и общество, Нобелевские премии, палеонтология, психология, технологии, физика, химия, эволюция, экология, энергетика

Новости науки по авторам: Дарья Баранова, Александр Бердичевский, Максим Борисов, Варвара Веденина, Александр Венедюхин, Михаил Волович, Алексей Гиляров, Николай Горностаев, Юрий Ерин, Дмитрий Замолодчиков, Игорь Иванов, Александр Козловский, Алексей Левин, Лейла Мамирова, Александр Марков, Мария Медникова, Елена Наймарк, Петр Петров, Константин Попадьин, Сергей Попов, Александр Самардак, Александр Сергеев, Андрей Сидоренко, Даниил Смирнов, Мария Шнырёва

Новости науки по месяцам: 2008 IV, III, II, I  2007 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2006 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2005 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I 

Научные новости у наших партнеров: Грани.ру, «В мире науки» , «Наука и жизнь» , «Вокруг света» , «Популярная механика» , «Лента.ру» , «Биомолекула»