Японски учени от изследователския център RIKEN Biosystems Dynamics разкриха мистерия, свързана с молекулата за четене на генетична информация. За първи път те обясниха как молекулата на РНК полимераза, която синтезира информационна РНК, преминава през ядрените протеини, които пакетират ДНК веригата, без да ги разрушава. Резултатите от изследването са публикувани в списание Science.
В ядрото на еукариотната клетка ДНК е обвита около хистонови протеини, за да образува нуклеозоми, основните единици на хроматина (ядрено вещество), които приличат на „мъниста на връв“. Нуклеозомите, всяка от които се състои от осем хистона (октамер), позволяват ДНК да бъде пакетирана в по-компактна форма, но те са физическа пречка за ДНК-зависимия ензим РНК полимераза II, който е отговорен за четенето на генетичната информация, съхранена в ДНК . РНК полимераза II трябва да премине през нуклеозомите, запазвайки тяхната структура, но досега не беше известно как става това.
Известно е, че РНК полимераза II, когато преминава през ДНК, се свързва с много допълнителни протеини.
Един от тях е специфичен протеин, който улеснява транскрипцията на хроматин (FACT), който участва в разглобяването на нуклеозомата преди полимеразата и насърчава нейното повторно сглобяване зад полимеразата. Този процес също така изисква наличието на транскрипционните фактори Spt6, Spn1, Spt4/5, Elf1, TFIIS и Paf1, които допринасят за непрекъснатото функциониране на РНК полимеразата.
В новата работа изследователите визуализираха преминаването на РНК полимераза II през нуклеозомата с помощта на криоелектронна микроскопия, която разкрива формата на молекулите с атомна разделителна способност.
За да направят това, те проектираха няколко ДНК проби с нуклеозоми, по време на транскрипцията на които полимеразата спираше в различни точки, където водещият й ръб беше близо до усуканите участъци на ДНК. Общо шест различни структури бяха визуализирани в резултат на взаимодействието на нуклеозома, полимераза, FACT и транскрипционни фактори.
Мистерията на най-разпространения ензим на Земята е разгадана
Оказа се, че транскрипционните фактори покриват почти цялата повърхност на РНК полимеразата, образувайки нещо като молекулярна фабрика с тунел, през който преминава ДНК веригата. Докато този комплекс се доближава до нуклеозомата, ДНК се разгръща и FACT и транскрипционните фактори взаимодействат с хистоните. Когато комплексът се приближи до центъра на нуклеозомата, само една трета от повърхността на октамера е покрита с ДНК, след което настъпва разделяне на две части от нуклеозомата – хексамер (шест хистона) и димер (два хистона).
В следващата стъпка FACT се свързва с двете части и ги прехвърля към освободената ДНК верига зад полимеразата. Първо, хексамерът и след това димерът се свързват с ДНК и с напредването на комплекса го усукват, което кара нуклеозомата да се сглоби отново. Важна роля за това играят факторите Spt4, Spt5, Spt6 и Paf1, които образуват „люлка“ на мястото на изхода на ДНК – структурна вдлъбнатина, където се намира FACT, свързан с хистони.
Според авторите резултатите от изследването ще помогнат при изучаването на механизмите на заболявания като рака и ще помогнат за разработването на нови лечения.
Превод и редакция: TRENDY NEWS