Белки, регулирующие активность генов в клетке, всегда точно «знают», в какой момент и какой именно ген следует отключить — но откуда?
Дирижируя генами: Мотиваторы

Живая клетка — система удивительно стройная и экономичная. В каждый конкретный момент в ней активны лишь те гены, которые сейчас необходимы, остальные же остаются в «выключенном» состоянии. Работа генома напоминает огромный симфонический оркестр, музыканты в котором вступают каждый в нужное время, а когда их партия закончена, опускают инструмент.

Такое «выключение» генов в клетках происходит за счет целого ряда систем и механизмов. Один из важнейших состоит в присоединении к соответствующим участкам ДНК небольших метильных групп. Этот процесс метилирования проводят специальные белки, ДНК-метилтрансферазы, меняя пространственную структуру ДНК. Когда эти ферменты делают свою работу, словно дирижеры, метилированный ген перестает «считываться», на его основе не синтезируется матричная РНК, на основе которой не производится кодируемый геном белок.

Однако в связи с этим возникает уместный вопрос — по формулировке профессора Ингрид Груммт (Ingrid Grummt) — «Одна из важнейших загадок состоит в том, откуда сами метилтрансферазы знают, к каким генам сейчас нужно присоединять метильные группы, чтобы их дезактивировать?» Именно ее команда, кажется, подошла к разгадке этой проблемы.

Исследователи сосредоточили свое внимание на работе тех областей ДНК, которые сами по себе не кодируют белки и, соответственно, не содержат генов. Эту часть генома по традиции называют «мусорной», хотя сегодня ученые все более убеждаются в том, что роль ее огромна — недаром у человека этот «мусор» охватывает до 95% генома. Она, видимо, участвует в правильной упаковке хромосом, стимулирует изменчивость, а в некоторых случаях служит основой для синтеза различных некодирующих РНК (ncRNA). Сами по себе они, как ясно из названия, не содержат никаких инструкций для формирования белков — но выполняют целую кучу других полезных функций. В частности, именно определенные виды ncRNA могут участвовать в регулировке генной активности, хотя эта функция их исследована лишь крайне поверхностно.

Так, Ингрид Груммт с соавторами провела следующий эксперимент. В клетку вносился один вид ncRNA — малая интерферирующая РНК (SiRNA), комплементарная определенному гену в ДНК клетки. Как следствие, SiRNA присоединялась к спирали ДНК, формируя своего рода «тройную спираль». Этот необычный структурный элемент, как было показано учеными, распознавали метилтрансферазы, тут же включавшиеся в дело и выключавшие помеченный SiRNA ген. Осталось решить следующую загадку в цепочке — откуда сами РНК знают, какие гены и в какой момент нужно вывести из игры?..

Между прочим, метилирование ДНК может служить своего рода наследственностью, не связанной напрямую с генами — читайте об этом: «Схемы и гены».

По пресс-релизу Deutsches Krebsforschungszentrum