Российские учёные определили группы белков, способные взаимодействовать с четырьмя ДНК-связывающими белками, отвечающими за «молчание» генов. Оказалось, что эти молекулы участвуют в гораздо большем количестве процессов, чем предполагалось ранее. Полученные данные раскрывают детали функционирования белков, нарушения в работе которых приводят к неправильному развитию организма, а также к онкологическим заболеваниям. Результаты исследования, поддержанного грантом РНФ, опубликованы в журнале Cellular and Molecular Life Sciences.
Нормальная работа клеток и целого многоклеточного организма обусловлена тонким балансом разнообразных процессов. Если какой-то из них будет протекать не в своё время, могут нарушиться важные механизмы, развитие тканей и органов пойдёт неправильно, разовьются тяжёлые заболевания (например, раковые), организм может даже погибнуть. Чтобы всё работало правильно, часть кодирующих белки генов в каждый конкретный момент индивидуального развития организма должны быть активны, тогда как другие — отключены. В другие моменты — наоборот.
Было бы слишком сложно каждый раз изменять нуклеотидную последовательность ДНК, чтобы заставить «замолчать» тот или иной её фрагмент. Для этого существуют механизмы регуляции генов, которые обеспечиваются работой специальных молекул. Контроль может происходить на этапе, когда информация с ДНК конвертировалась в мРНК, на которой уже собирается белок из аминокислот, или раньше — пока мРНК ещё даже не успела синтезироваться. В последнем случае молекулы-«контролёры» взаимодействуют с особыми регуляторными участками.
Исследователи из Института биологии гена РАН и Института биоорганической химии имени М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН на примере дрозофилы изучили белки Combgap, Psq, Zeste и Adf1, взаимодействующие с регуляторными участками ДНК и отвечающие за «молчание» генов. В ходе работы с использованием полученных высокоспецифичных антител учёные определили все последовательности участков ДНК, с которыми связываются исследованные белки, а также установили все их взаимодействия с другими группами белков и между собой.
Оказалось, что белки Combgap, Psq, Zeste, Adf1 имеют не только общие области связывания ДНК, но и уникальные участки, которые могут быть как «выключателями», так и другими регуляторными элементами. Кроме того, изученные белки способны объединяться и формировать плотные контакты друг с другом, а также с другими белками, образуя специфические комплексы, от состава которых может зависеть место их посадки на ДНК и, соответственно, то, какой именно ген «замолчит». Каждый из четырёх изучаемых белков имеет уникальных партнёров, которыми — кроме белков «молчания» — являются белки, активирующие гены, отвечающие за начало синтеза мРНК и обеспечивающие структуру хромосом.
Таким образом, кроме элементов «молчания» изучаемые белки контролируют также активность и других регуляторных элементов. При их взаимодействии протекают различные биохимические процессы, меняющие структуру хроматина (комплекс, составляющий основу вещества хромосом, состоит из ДНК и связанных с ней белков, в основном гистонов), что приводит к активации или инактивации генов. Такое многообразное действие белковых комплексов на наследственный материал очень важно для правильной регуляции развития организма и контроля процессов, ошибки в которых могут привести к тяжелым недугам и гибели.
«В данной работе мы установили белки-партнеры ДНК-связывающих факторов. Это поможет понять механизм того, как происходит привлечение к молекуле ДНК функциональных белковых комплексов, в том числе связанных с онкологическими заболеваниями», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Дарья Четверина, кандидат биологических наук, заведующая группой эпигенетики, старший научный сотрудник Института биологии гена РАН.
Вам может быть интересно:
Пандоравирус: гигантские вирусы изобретают собственные гены.
