Немецкие ученые выяснили новые подробности об участках, которые находятся в начале и конце генов. Это позволит лучше понять, как в клетках регулируется синтез белков. Исследование опубликовано в журнале Cell.
Все клетки в организме содержат одну и ту же последовательность ДНК, которая формирует гены. Однако в клетках разных типов активны разные наборы генов. В ходе транскрипции с генов считывается ДНК и переводится в виде мРНК, которая затем служит как матрица для синтеза белков. Транскрипция начинается с момента, когда молекулярная машина, которая ее осуществляет, распознает в ДНК особый участок — промотор. Он служит стартом транскрипции. Конец транскрипции обозначается другой последовательностью ДНК — терминатором. При этом в большинстве генов присутствует несколько промоторов и терминаторов, поэтому с одного гена могут считываться разные мРНК. Так в клетке обеспечивается расширение функциональности генома.
Немецкие ученые хотели узнать, сколько в каждом гене может быть участков, обозначающих начало и конец транскрипции, сколько их комбинаций работает и в каких ситуациях используются какие комбинации. Однако биологи столкнулись с технической проблемой: им нужно было «прочитать», то есть секвенировать, множество молекул мРНК от начала до конца. Обычно используется метод секвенирования с короткими прочтениями. Это значит, что каждая молекула мРНК разбивается на более короткие фрагменты, они секвенируются, а затем с помощью специальных биоинформатических инструментов из этих фрагментов собирается полная цепь. Чтобы считать полные молекулы мРНК из нескольких тканей мух-дрозофил, в новой работе ученые оптимизировали метод секвенирования с длинными прочтениями. Помимо дрозофил, они также считали мРНК в нейронах человека. Для этого они использовали в качестве модели минимозги — органоиды, полученные из плюрипотентных стволовых клеток. Результаты анализа показали, что участки начала транскрипции (TSS) и участки конца транскрипции (TES) редко комбинируются случайным образом. Вместо этого часто существуют конкретные пары TSS и TES. Например, если ученые искусственно активировали в клетках яичников TSS, характерный для нейронов, то автоматически использовался не TES, характерный для клеток яичников, а TES, характерный для нейронов. Это указывает на уникальную роль TSS в том, чтобы генерировать правильный набор мРНК для каждой ткани.
При этом ученые обнаружили, что некоторые TSS проявляют особое поведение. Они активируются чаще других TSS, а при их активации обычные TES игнорируются, вместо этого используются те, что входят в пару к активному TSS. Ученые назвали эти участки «доминантными промоторами». Они также выяснили, что взаимодействия между доминантными промоторами и соответствующими им TES проходят по неким эпигенетическим механизмам. При этом результаты, полученные на нейронах дрозофил и на нейронах человека, были схожи. Это говорит, что доминантность промоторов является консервативной, то есть сохраняется у многих организмов в ходе эволюции. Возможно, что это явление и вовсе универсально.
Проведя дополнительный анализ, биологи выяснили, что TSS и TES эволюционировали совместно на протяжении миллионов лет. Это значит, что если в TSS заменялся один нуклеотид, то и в соответствующем TES тоже проходили изменения. Это также доказывает, что эти участки имеют большое значение для правильного функционирования клеток животных.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
