Отправляет email-рассылки с помощью сервиса Sendsay

"Элементы": новости науки

Подписаться Бесплатная «Золотая» новостная рассылка . Подписчиков 12.989 RSS
←   Декабрь 2006   →
 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
11.12.2006
10:09:01
16:51:04
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31


За последние 60 дней ни разу не выходила


Сайт рассылки: http://elementy.ru
Открыта: 09-05-2006

Автор
Редакция сайта "Элементы"

Статистика

12.989 подписчиков
+1 за неделю
←   Все выпуски   →

Открыт новый механизм регуляции работы генов у бактерий


Публичные лекции фонда «Династия» на «Элементах»

Лауреат Нобелевской премии по физике 2004 года Дэвид Гросс. «Грядущие революции в фундаментальной физике».

Академик Владимир Игоревич Арнольд. «Сложность конечных последовательностей нулей и единиц и геометрия конечных функциональных пространств» (лекция опубликована в двух вариантах — популярном и математическом).

Дэвид Гросс: «Держу пари, что суперсимметрия будет открыта». Эксклюзивное интервью «Элементам».

Открыт новый механизм регуляции работы генов у бактерий

12.12.2006

Нейлоновая модель фермента РНК-полимеразы, застигнутой в тот момент, когда она уже присоединилась к промотору, расплела двойную спираль ДНК и собирается приступить к прочтению генетической и! нформации. Фото с сайта www.pingrysmartteam.com
Нейлоновая модель фермента РНК-полимеразы, застигнутой в тот момент, когда она уже присоединилась к промотору, расплела двойную спираль ДНК и собирается приступить к прочтению генетической информации. Фото с сайта www.pingrysmartteam.com

Американские биологи расшифровали механизм, при помощи которого кишечная палочка E. coli приостанавливает работу своих генов при недостатке ресурсов и снова включает их, когда условия улучшаются. Ключевую роль в этом механизме играет особая молекула РНК (6S-РНК), один из фрагментов которой по своей структуре похож на промотор — участок гена, к которому должен прикрепляться фермент РНК-полимераза, осуществляющий транскрипцию («прочтение») генетической информации.
6S-РНК прикрепляется к активному центру фермента и не дает ему присоединиться к «настоящему» промотору. Чтобы освободиться, РНК-полимераза должна начать синтезировать копию 6S-РНК, а это возможно только при избытке ресурсов. Данная регуляторная система, основанная на конкуренции между ДНК и РНК за контроль над ферментом РНК-полимеразой, возможно, является одним из отголосков эпохи РНК-мира.

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.

А — структура 6S-РНК кишечной палочки. B — промотор (участок ДНК, к которому прикрепляется РНК-полимераза). Рис. из цитируемой статьи в Science
А — структура 6S-РНК кишечной палочки. B — промотор (участок ДНК, к которому прикрепляется РНК-полимераза). Рис. из цитируемой статьи в Science

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 систе! м 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

Эта новость на «Элементах»
 

Предыдущие новости

12.12 Черную дыру поймали с поличным

Группе астрономов, работающих на новом ультрафиолетовом телескопе GALEX, запущенном 28 апреля 2003 года, удалось с самого начала наблюдать процесс поглощения звезды черной дырой в одной из отдаленных галактик в созвездии Волопаса. Наблюдение продолжается, поскольку «трапеза» черной дыры еще не закончена.

11.12 Найден самый древний из ферментов

Изучив структуру фермента РНК-зависимой РНК-полимеразы, размножающей короткие молекулы РНК у гриба Neurospora crassa, британские и финские биологи пришли к выводу, что этот белок, способный размножать молекулы РНК без участия ДНК, представляет собой реликт эпохи РНК-мира. На его древность указывают результаты сравнения с другими изученными РНК-полимеразами.

11.12 Экзотический магнетизм в диоксиде нептуния получил объяснение

Происхождение магнетизма в диоксиде нептуния долгое время оставалось загадкой. Недавние вычисления показали, что он возникает, скорее всего, из-за магнитного триаконтадипольного взаимодействия, примеров которого физика еще не знала.

11.12 Не все красные вина одинаково полезны для сосудов

Регулярное умеренное потребление сухого красного вина снижает риск возникновения сердечно-сосудистых заболеваний. Это происходит из-за того, что содержащиеся в вине особые вещества из группы фенолов тормозят образование эндотелина — пептида, вырабатываемого внутренними стенками самих кровеносных сосудов и вызывающего их сужение.

07.12 Рыбы-груперы зовут на охоту мурен в качестве помощников

Подводные исследования интернациональной команды биологов показали, что два вида рыб — груперы и мурены — часто охотятся вместе. Совместная охота выгодна обоим хищникам. В случае удачной охоты добыча достается либо груперу, который без мурены не смог бы выгнать рыбку из узкого укрытия, либо мурене, которая без групера не нашла бы рыбку.

06.12 Хороший забор — главное условие восстановления мамонтовых степей

Закончено сооружение 20-километрового забора вокруг «Плейстоценового парка» на севере Якутии. Теперь можно переселить в заказник (к уже живущим там лошадям, лосям, оленям и медведям) остальных уцелевших представителей мамонтовой фауны. Так Сергей Зимов рассчитывает восстановить экосистему мамонтовых степей, превосходившую по продуктивности нынешнюю тайгу и тундру.

05.12 Высокая плодовитость отцов способствует рождению сыновей

Согласно гипотезе, высказанной 30 лет назад, соотношение полов у потомства зависит от тех свойств родителей, которые влияют на репродуктивный успех одного из полов. Однако пока были лишь экспериментальные доказательства ведущей роли самок в определении пола потомства. И вот испанские биологи показали, что у благородных оленей доля сыновей зависит от плодовитости отца.

04.12 Открыто новое явление в физике сложных систем — резонанс, порожденный разнообразием

Оптимальная беспорядочность, заложенная в сложной системе, может резко повысить ее чувствительность к слабым внешним воздействиям. Не исключено, что такой резонанс играет важную роль в био- и экосистемах.

02.12 «Вселенная, жизнь, разум» Шкловского вновь вышла после 20-летнего перерыва

Вышло 7-е издание знаменитой книги И. С. Шкловского «Вселенная, жизнь, разум», подготовленное к 90-летию со дня рождения выдающегося астрофизика и к 175-летию ГАИШ, в котором Шкловский проработал большую часть жизни. В издание с полностью обновленными иллюстрациями вошли ранее не публиковавшиеся материалы, а также рассказ о последних открытиях в астрофизике.
В избранное