Назад
Пандемия привела к тому, что термин "мРНК" стал известен широкой публике не только в лабораториях и аудиториях.
Однако эта молекула - гораздо больше, чем важный компонент успешной вакцины против вируса SARS-CoV-2. "мРНК являются центральным компонентом всех живых существ на нашей планете. Без них жизнь, какой мы ее знаем, не функционировала бы", - говорит в интервью Science Daily Элмар Вольф.
Вольф - профессор биологии опухолевых систем на кафедре биохимии и молекулярной биологии Вюрцбургского университета. Вместе со своей исследовательской группой он расшифровал новые детали формирования мРНК, которые дают новое представление о том, как работает фундаментальный процесс внутри клеток - транскрипция. Специалисты представили результаты своего исследования в журнале Molecular Cell.
Транскрипция: если кто-то еще помнит уроки биологии, то он знает, что это процесс, в ходе которого генетическая информация в ДНК переводится в мессенджерную РНК - или, как ее любят называть ученые, мРНК. Только мРНК способна передавать информацию от генетического материала ДНК в ядре клетки к участкам биосинтеза белка за пределами ядра. "Таким образом, состав мРНК определяет, как выглядят и как функционируют клетки нашего тела", - говорит Вольф.
Процесс транскрипции с ДНК на мРНК выглядит относительно просто: "Транскрипцию можно представить как бег с препятствиями. РНК-полимераза начинает процесс считывания в начале гена, затем проходит через весь геном и, наконец, достигает финиша", - объясняет Вольф. Если полимераза доходит до конца, значит, мРНК произведена". Ученые давно знают, что в этом процессе многое может пойти не так. В конце концов, многие гены представляют собой длинную "гоночную трассу" с множеством препятствий.
Чтобы лучше понять, что происходит на молекулярном уровне во время этой гонки, Вольф и его коллеги внимательно изучили процесс транскрипции. "Мы изучали важный компонент РНК-полимеразы - белок SPT6", - объясняет Вольф. Они задались вопросом: "Важен ли SPT6 для процесса транскрипции и - если да - то каким образом?".
Что делают ученые, когда хотят узнать о функции белка: они удаляют его из клеток и смотрят, что произойдет. Именно так и поступили Вольф и его команда. Результат оказался вполне очевидным: "Интересно, что РНК-полимераза начинает делать мРНК даже в отсутствие SPT6, - описывает Вольф. Но затем она регулярно застревала в трудных местах - можно сказать, что она падала на препятствие".
Эта неудача имеет два последствия, которые негативно влияют на функционирование клетки: с одной стороны, почти никакая РНК-полимераза не добирается до места назначения, поэтому почти не производится мРНК. Однако, с другой стороны, страдает и сам ген. "Без SPT6 полимераза разрушает препятствия и гоночную трассу, поэтому функциональные РНК-полимеразы не могут найти свой путь", - говорит Вольф. Таким образом, становится ясно, что белок SPT6 является центральным элементом в производстве мРНК в клетках.
Благодаря этим находкам исследователи помогают пролить больше света на процесс транскрипции:
"До сих пор ученые полагали, что для производства мРНК имеет значение только то, сколько РНК-полимераз начинают транскрипцию, - говорит Вольф. Благодаря опубликованным результатам теперь ясно, что далеко не все РНК-полимеразы, начинающие процесс транскрипции, доходят до конца гена и что для этого необходим белок SPT6".
Ashwin Narain et al. Направленная деградация белка выявляет прямую роль SPT6 в элонгации и терминации RNAPII (аннотация).
SPT6 - это гистоновый шаперон, который плотно связывает РНК-полимеразу II (RNAPII) во время элонгации транскрипции. Однако его основная роль в транскрипции остается неясной. Мы использовали направленную деградацию белка для быстрого истощения SPT6 в клетках человека и проанализировали дефекты в поведении RNAPII с помощью мультиомического подхода и математического моделирования. Наши данные показывают, что SPT6 является важнейшим фактором для процессивности RNAPII и, следовательно, необходим для продуктивной транскрипции белок-кодирующих генов. Неожиданно оказалось, что SPT6 также играет важную роль в терминации RNAPII, так как его резкое истощение индуцирует транскрипцию для тысяч генов.
Длительное истощение SPT6 индуцировало криптическую внутригенную транскрипцию, как это наблюдалось ранее у дрожжей. Однако этот фенотип не наблюдался при остром истощении SPT6 и, следовательно, может быть отнесен к накопленным эпигенетическим нарушениям при длительном отсутствии SPT6. В итоге, направленная деградация SPT6 позволила провести временную дискриминацию его функции как эпигенетической защиты и фактора элонгации RNAPII.
