Найден механизм связи транскрипции и трансляции днк

Сходу две работы в последнем номере Science посвящены изучению фундаментально серьёзного для жизни любой клетки процесса синтеза белка. Оказалось, что в далеком прошлом помещенный на страницы книжек механизм еще не до конца понятен самим ученым. В частности, обстоятельства тесной связи, в которой протекают две главные стадии процесса — трансляция и транскрипция ДНК, — до последнего времени не были известны.

Об изучении, которое, быть может, не так долго осталось ждать попадет на страницы энциклопедий, поведал его начальник — доктор наук Университета Нью-Йорка и глава лаборатории «ГеронЛаб» в Москве Евгений Нудлер.

Найден механизм связи транскрипции и трансляции днк

Евгений Нудлер//strf.ru

— В чем важность взятых результатов?
—Начнем с самого начала — того, что все проходят в курсе неспециализированной биологии 10–11 класса. В ДНК закодирована информация, другими словами гены. И эти гены, эти сведенья, в ходе жизнедеятельности клетки нужно преобразовать в белок. Преобразование генетического кода в белок проходит в два этапа. Первый этап – транскрипция, в то время, когда фермент РНК-полимераза снимает копию с ДНК, синтезируя РНК (ДНК имеет структуру двойной спирали, а РНК – одинарной нити). РНК, со своей стороны, является матрицей второго этапа – трансляции, которая осуществляется рибосомами. На данной стадии информация из РНК перекодируется конкретно в белок, другими словами рибосомы – машина для синтеза белка.

С конца 50-х годов как мы знаем, что эти два процесса в бактериях объединены, сочетаются в пространстве. В то время, когда идет синтез РНК (другими словами РНК-полимераза «едет» по ДНК, еще до полного завершения синтеза), рибосома уже «садится» на РНК и начинает собственный синтез. Но это практически все, что и было известно. Не была понятна функциональная сторона, не было ясно, из-за чего необходимо, дабы эти два процесса были связаны.

То, что нам удалось найти, стало полной неожиданностью.

Оказалось, что рибосома, которая «едет» сзади РНК-полимеразы, осуществляет контроль процесс транскрипции, другими словами то, с какой скоростью РНК-полимераза «едет» по ДНК.

Данный механизм возможно сравнить с обстановкой, в то время, когда хозяин ведет собственную собаку на твёрдом поводке. Вместо того дабы собака тянула хозяина, последний толкает ее вперед. Причем собака убежать не имеет возможности из-за все того же поводка

Найден механизм связи транскрипции и трансляции днк

трансляции и Схема транскрипции ДНК//nlm.nih.gov

Из этого факта направляться масса крайне важных выводов. Так как рибосома осуществляет контроль скорость транскрипции, то эти два процесса синхронизированы идеально. Это принципиально важно, дабы транскрипция не шла впустую: клетке не требуется синтезировать РНК, если она ненужна, в случае если синтез белка дальше идти не имеет возможности. В случае если РНК полимераза «убежит» от рибосомы, то ее остановит второй особый белок – терминационный фактор. Он отслеживает, не остановилась ли работа рибосом. Если он подмечает паузу, то «прыгает» на РНК-полимеразу и снимает ее с ДНК.

Данный механизм очень серьёзен для энергетического баланса клетки, для ее устойчивости. Нужно избежать, дабы энергоемкий процесс транскрипции был тщетным, бесплодным. Бактерия устроена так, дабы максимально экономить энергию. Это дает ей шанс выживать и соперничать с другими бактериями, к примеру. Питательных веществ неизменно не достаточно, исходя из этого все вычислено, дабы оптимально экономично расходовать энергию в клетке и подстраиваться под те либо иные условия среды.

Мы кроме этого растолковали суть, обстоятельство, по которой эти два процесса так прекрасно синхронизированы. Рибосома есть главным сенсором питательных веществ. В то время, когда клетка недоедает, это отражается на эффективности работы рибосом: нужных субстратов делается мало, и рибосома трудится медленнее. Для РНК-полимеразы количество субстратов по большей части неизменно. Исходя из этого логично, дабы как раз рибосома осуществляла контроль скорость, а не РНК-полимераза. Рибосома по определению не имеет возможности трудиться стремительнее полимеразы, по причине того, что она едет лишь по уже выстроенной матрице РНК. Исходя из этого природа весьма разумно дала функции контроля как раз рибосоме.

Для проверки отечественных догадок мы совершили опыты по ускорению либо замедлению работы рибосом различными методами.

Найден механизм связи транскрипции и трансляции днк

Кодон в двух лицах

Несколько русских учёных, трудящихся в Соединенных Штатах, опровергли догму об уникальности генетического кода, господствовавшую в науке около полувека. Начальник…

К примеру, антибиотики смогут ее тормозить, а кое-какие мутации – заметно ускорять. Да и то, и второе ведет к совершенному симбатному и синхронному трансформации скорости транскрипции. Изменяется она и в зависимости от стадии роста: к примеру, в случае если клетка начинает недоедать, то это отражается на рибосоме и на полимеразе.

Помимо этого, мы смогли растолковать, как на молекулярном уровне достигается эта синхронизация. РНК-полимераза осциллирует на большинстве участков в ходе перемещения по ДНК. Другими словами сразу после перемещения вперед она проскальзывает назад. Данный процесс именуется «обратное перемещение»: это перемещение как на льду и происходит спонтанно. Вследствие этого ее скорость меньше, чем имела возможность бы быть. Возможно было бы поразмыслить, что что-то у нее не в порядке, что это недочет в работе. Но в действительности в этом и содержится глубинный суть функционирования совокупности: как раз так возможно регулировать скорость и процесс перемещения. Практически РНК-полимераза еле двигается самостоятельно. Она пробует слететь назад, и лишь рибосома, ведущая «за ее спиной» последующий синтез белка, ее подталкивает вперед. В случае если рибосома не работает, таковой механизм снабжает и торможение РНК-полимеразы. РНК находится в узком канале РНК-полимеразы: в нем она, как нитка через игольное ушко, продергивается туда-обратно. И в случае если позади сидит некоторый «узелок» (рибосома), нитка физически не имеет возможности съехать обратно — и фермент движется вперед.

Пара лет назад отечественная несколько напечатала работу в Science на похожую тему. По сходному механизму трудится и сама РНК-полимераза.

В большинстве случаев по одной молекуле ДНК едут сходу пара молекул РНК-полимеразы – паровозиком.

«Состав» тем дольше, чем активнее экспрессируется ген: они смогут ехать прямо друг за другом. Исходя из этого, в случае если одна из передних молекул «спотыкается», задняя не дает ей дать сбой и толкает ее вперед. Так происходит кооперативное ускорение перемещения: совместно они едут стремительнее.

Сейчас мы видим, что такое ускорение смогут осуществлять и рибосомы. Получается, что чем активнее ген, тем лучше он будет транскрибироваться и транслироваться, тем стремительнее данный процесс будет идти. Не обращая внимания на высокую скорость считывания участков ДНК РНК-полимеразой (десятки нуклеотидов в секунду), неспециализированная скорость низка, из-за того что молекулы-гены весьма долгие, в особенности у клеток эукариотов. Дабы вычислять тысячи и миллионы нуклеотидов в гене, требуются 60 секунд а также часы. А чем стремительнее будет ехать РНК-полимераза, тем стремительнее будет экспрессироваться ген.

Найден механизм связи транскрипции и трансляции днк

Обойдёмся без доноров

Доноры крови смогут скоро появляться ненужными. Учёным наконец удалось создать красные кровяные шарики из эмбриональных стволовых клеток…

— Каково вероятное использование на практике ваших результатов?
—Теперь мы знаем, что два главных процесса в экспрессии гена – трансляция и транскрипция – напрямую связаны между собой физически, о чем раньше было неизвестно. В случае если имеется сообщение, значит имеется и возможность разобщить эти процессы, дабы прервать успешную транскрипцию. В этом же выпуске Science публикует структурную работу, обрисовывающую вероятный мостик между РНК-рибосомой и полимеразой. Авторы утверждают, что их связывает твёрдый мостик из двух вторых белков: один из них связан с рибосомой, второй с РНК-полимеразой. Мы, со своей стороны, начали диагностику этих результатов. В случае если нам удастся продемонстрировать, что данный мостик вправду серьёзен и что его разрыв сможет нарушить синхронизацию РНК-рибосом и полимеразы, то это возможно новым методом нарушать генную экспрессию в бактериях. На базе данной концепции смогут быть созданы новые высокоэффективные антибиотики – молекулы, каковые будут данный мостик разрывать, другими словами нарушать обычную экспрессию генов в бактериях.

— Поведайте об истории работы и авторском коллективе.
— Эта работа была по большей части сделана в Российской Федерации. Как вы видите, у первого автора работы Сергея Прошкина указаны два места работы – Нью-Москва и Йорк. Он начинал эту работу в Нью-Йорке, в моей в лаборатории, а позже возвратился в Москву. Благодаря фонду «Семейство», что выделил мне грант и разрешил основать лабораторию в Москве, я смог пригласить Сергея на работу, и все предстоящие изучения были совершены уже в том месте на средства фонда «Семейство».

Я считаю, что это весьма хороший, весьма показательный пример того, что в Российской Федерации при верной организации возможно делать науку на мировом уровне и публиковать результаты в самых респектабельных ведущих мировых изданиях.

Это первая статья, которая вышла из отечественной российской лаборатории «ГеронЛаб». Но это не единственное направление работы. Пара публикаций находятся в ходе доработок, на различных этапах, и мы сохраняем надежду, что они также будут прекрасно приняты научным сообществом. Первая ласточка оказалась весьма хорошая.

Отечественная лаборатория по-своему неповторима. Это, по-моему, единственная такая лаборатория в Российской Федерации: она не зависит ни от каких структур — ни от Академии наук, ни от университетов. Но тесно сотрудничает с несколькими научными университетами в Питере и Москве, прежде всего с НИИ генетики на Варшавском шоссе. Официально она зарегистрирована как некоммерческая организация и именуется «ГеронЛаб», по причине того, что одна из главных тем работы – механизмы старения клетки. В эту лабораторию мы пришли с рядом тем, каковые были начаты ранее, и эта работа также продолжение ветхой темы. В рамках «ГеронЛаба» финансирование шло только от фонда «Семейство», и это разрешило организовать такое неповторимое предприятие.

Возможно, что мы своим примером показываем, что в случае если хорошие условия работы, то ученые как я, каковые чего-то добились на Западе, смогут организовывать продуктивные группы в Российской Федерации, дробить собственный время между работой за рубежом и в собственной стране так, что обе стороны лишь победят. Для уехавших состоявшихся ученых это превосходный шанс увеличить возможности, интересы, делать новые разработки, применяя гениальных и квалифицированных экспертов в Российской Федерации. Со своей стороны, юные русские ученые не будут уходить из науки либо уезжать за границу, а продолжат достойно заниматься любимым делом в Российской Федерации и будут обучаться тому, как нужно делать науку на интернациональном уровне.

Трансляция — синтез белка


Читать также:

Понравилась статья? Поделиться с друзьями: