Отправляет email-рассылки с помощью сервиса Sendsay

"Элементы": новости науки

Подписаться Бесплатная «Золотая» новостная рассылка Подписчиков 12.995 RSS
←   Октябрь 2006   →
 1
 2
02.10.2006
08:40:24
16:20:40
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
13.10.2006
12:57:40
17:56:36
14
15
16
17
18
18.10.2006
17:43:11
20:08:22
19
20
21
22
23
23.10.2006
15:26:53
15:39:33
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

12.995 подписчиков
-1 за неделю
←   Все выпуски   →

Сложные РНК-переключатели - новый механизм регуляции генов


Научно-популярная библиотека на «Элементах»

В. Н. Тутубалин и др. Математическое моделирование в экологии: Историко-методологический анализ.

Книга о реальной эффективности применения математических моделей в экологии и других науках, о «колодках мышления» и о чернобыльской катастрофе.

Сложные РНК-переключатели — новый механизм регуляции генов

18.10.2006

Трехмерная структура РНК-переключателя, реагирующего на тиаминпирофосфат
Трехмерная структура РНК-переключателя, реагирующего на тиаминпирофосфат

РНК-переключатели — недавно открытые активные участки молекул РНК, регулирующие работу генов. До сих пор считалось, что регуляция при помощи РНК-переключателей проста: переключатель реагирует на определенное вещество и подавляет (реже — активизирует) работу гена. Американские исследователи обнаружили более сложное регуляторное устройство, представляющее собой комплекс из двух РНК-переключателей, реагирующих на разные вещества. Открытие показывает, что возможности древнейшего безбелкового механизма генной регуляции далеко не так ограничены, как считалось ранее.

Первые РНК-переключатели (riboswitches) были обнаружены в 2002 году Рональдом Брейкером и его коллегами из Йельского университета. С тех пор число публикаций, посвященных этому странному и очень древнему механизму генной регуляции, стремительно растет.

Работа гена начинается с транскрипции — создания молекулы информационной РНК на матрице ДНК. Транскрибируется не только та часть ДНК, которая кодирует белок, но и кое-что «лишнее», в том числе участок перед началом кодирующей области. Здесь-то и располагаются РНК-переключатели. Они представляют собой последовательности нуклеотидов, которые сразу после транскрипции сворачиваются в замысловатые трехмерные структуры. Сворачивание осуществляется на основе принципа комплементарности. Например, последовательность –АААГГГАГАГЦЦЦУУУ– может образовать петельку с «ножкой», причем ножка будет состоять из двух склеившихся нитей РНК (три левых А слипнутся с тремя правыми У, три Г — с тремя Ц).

Самое важное, что область, где находятся РНК-переключатели, транскрибируется первой. РНК-переключатели приходят в рабочее состояние — то есть принимают нужную конфигурацию — сразу, как только их транскрибировали, и задолго до того, как закончится транскрипция всего гена. Это позволяет им прервать транскрипцию и тем самым фактически выключить ген.

РНК-переключатель состоит из двух функциональных частей. Первая часть представляет собой весьма избирательный и чувствительный рецептор, который способен связываться с какой-то строго определенной молекулой (например, с аминокислотой глицином или с S-аденозилметионином). Вторая часть устройства — это собственно переключатель. Когда рецептор связывается со «своей» молекулой, переключатель меняет свою пространственную конфигурацию, что и приводит к изменению активности гена. Например, переключатель может образовать «шпильку» — торчащий двухнитевой участок, который блокирует дальнейшую транскрипцию и на котором недоделанная информационная РНК просто-напросто обрывается.

Ключевой молекулой, которая приводит в действие РНК-переключатель, часто является вещество, производимое белком, ген которого этим переключателем регулируется. Например, если продуктом гена является белок, синтезирующий вещество А, то РНК-переключатель этого гена с большой вероятностью будет реагировать именно на вещество А. Таким образом формируется отрицательная обратная связь: когда какого-то продукта становится слишком много, производство белка, синтезирующего этот продукт, приостанавливается.

РНК-переключатели широко распространены во всех трех надцарствах живой природы: у бактерий, архей и эукариот. Наиболее разнообразны они у бактерий. Поскольку открыты они были всего четыре года назад, неудивительно, что почти каждый месяц мы узнаем о них что-то новое. Сначала думали, что все РНК-переключатели снижают активность генов — но вскоре среди них были открыты и активаторы. Думали, что регуляторные контуры с участием РНК-переключателей всегда просты: один ген—один переключатель—одно сигнальное вещество. И вот в последнем номере журнала Science появляется статья американских исслед! ователей во главе с Брейкером, в которой описан новый тип регуляторного РНК-устройства, состоящего из двух разных РНК-переключателей.

Брейкер и его коллеги проводят широкомасштабный поиск комплексных РНК-переключателей в прочтенных геномах бактерий. Они нашли уже несколько типов таких устройств. Одно из них — то, которое им удалось наиболее подробно реконструировать и испытать в экспериментах, — они и описывают в статье.

Двойной РНК-регулятор обнаружен перед началом кодирующей области гена metE бактерии Bacillus clausii. Этот ген кодирует фермент, синтезирующий аминокислоту метионин из гомоцистеина. Метионин затем используется для синтеза S-аденозилметионина (SAM). Помимо гена metE, у бактерии есть еще один ген, кодирующий другой фермент с той же функцией — metH. Фермент metH работает эффективнее, чем metE, но только в том случае, если имеется в достаточном количестве вспомогательное вещество (кофермент) метилкобаламин, который производится из аденозилкобаламина (AdoCbl).

Оказалось, что ген metH, а также ген фермента, превращающего метионин в SAM, регулируются РНК-переключателем, реагирующим на SAM. Смысл понятен: когда в клетке становится много SAM, РНК-переключатели приостанавливают работу генов, участвующих в производстве этого вещества.

Ген metE, как выяснилось, регулируется комплексом из двух РНК-переключателей. Один из них реагирует на SAM, другой — на AdoCbl. Смысл второго переключателя состоит в следующем: если в клетке много AdoCbl, то выгоднее, чтобы производством метионина занимался белок metH, а работу гена metE лучше пока приостановить.

Ученые установили, что комплекс из двух переключателей работает как логический элемент NOR (ИЛИ—НЕ). Иными словами, ген выключается, если оба или хотя бы один из двух переключателей свяжется со своей молекулой.

Открытие показало, что возможности безбелковой РНК-регуляции активности генов далеко не так ограничены, как думали раньше. На основе простых РНК-переключателей могут создаваться более сложные регуляторные устройства, способные учитывать сразу несколько параметров окружающей среды.

Уже первооткрывателям РНК-переключателей сразу стало ясно, что они столкнулись с чем-то чрезвычайно древним. Человек, обладающий некоторой биологической эрудицией и хорошим воображением, может представить себе эту картину в красках: как «считываемый» ген вдруг начинает шевелиться, воспринимать сигналы из окружающей среды, реагировать на них и вмешиваться в работу считывающего устройства: не читай меня больше! Удивительно, как далеки от истины были исходные представления об РНК как о безынициативном посреднике между ДНК и машиной синтеза белка. Многие специалисты полагают, что РНК-переключатели появились еще на заре жизни, в добелковую эпоху, когда существовал «мир РНК». Это подтверждается, в частности, тем, что в работе РНК-переключателей белки не принимают никакого участия. Да и те вещества, на которые они реагир! уют (S-аденозилметионин, аденозилкобаламин и другие), похоже, пришли к нам прямиком из мира РНК, ведь это не что иное, как модифицированные рибонуклеотиды.

Источник: Narasimhan Sudarsan, Ming C. Hammond, Kirsten F. Block, Rudiger Welz, Jeffrey E. Barrick, Adam Roth, Ronald R. Breaker. Tandem Riboswitch Architectures Exhibit Complex Gene Control Functions // Science. 2006. V. 314. P. 300-304.

См. также:
РНК-переключатели: новый механизм генной регуляции у бактерий (Riboswitch: A new mechanism of gene regulation in bacteria. 2004. Pdf, 25 Кб)

Александр Марков

Эта новость на «Элементах»
 

Предыдущие новости

18.10 Обнаружен эффект памяти в поведении пузырьков воздуха под водой

Открыто новое явление в гидродинамике: эффект памяти формы при отрыве от поверхности пузырьков воздуха под водой. Гидродинамические течения, движимые сингулярностями, но обладающие памятью, встречаются физикам впервые.

16.10 Прочтен самый маленький геном

Бактерия Carsonella, внутриклеточный симбионт насекомых листоблошек, оказалась обладательницей самого маленького генома среди всех живых организмов, не считая вирусов. Карсонелла сохранила лишь 182 гена, кодирующих белки. Значительная часть этих генов отвечает за синтез аминокислот, необходимых насекомому-хозяину.

13.10 Клопы кормят свое потомство полезными бактериями

Японские биологи изучили необычную симбиотическую систему, состоящую из клопов семейства Plataspidae и бактерий ишикаваелл, живущих в их кишечнике и необходимых для их нормального развития и размножения. И хотя бактерии находятся в полости кишечника, а не внутри клеток, у них обнаружены характерные черты внутриклеточных симбионтов.

13.10 Вертикальные миграции планктона способствуют перемешиванию океана

Давно высказывалось предположение, что планктонные животные могут вносить свой вклад в перемешивание разных слоев океана, обогащая поверхностные воды биогенными элементами. Но только недавно в одной из бухт на юго-западе Канады удалось инструментально зафиксировать резкое повышение турбулентности в период массового подъема к поверхности рачков Euphasia pacifica.

12.10 Тропики — колыбель эволюции и ее музей

Американские ученые-эволюционисты показали, что в тропиках видообразование идет гораздо интенсивнее, чем в умеренной и холодной зонах. Разрыв разнообразия еще больше увеличивается за счет низкой скорости вымирания в тропиках. Со временем некоторые из тропических видов перемещаются в высокие широты, где конкуренция заметно ниже.

12.10 Для чего медузам сложные глаза?

Кубомедузы отличаются активным охотничьим поведением и хорошо развитыми камерными глазами, сходными по строению с глазами позвоночных. Однако выяснилось, что фокусное расстояние превышает расстояние до сетчатки, поэтому глаз не может видеть мелких деталей. Тем не менее, похоже, кубомедузы успешно используют такое зрение для решения конкретных задач.

11.10 Доказан скачкообразный характер эволюционного процесса

Анализ «эволюционных деревьев» различных групп организмов показал, что в среднем 22% различий в ДНК возникают во время кратких периодов интенсивного видообразования, а остальные 78% накапливаются постепенно. Скачкообразность эволюции в большей мере свойственна растениям и грибам и в меньшей — животным.

10.10 Новое в науке о знаменитых Hox-генах, регуляторах развития

Принято считать, что дифференцировка основных частей тела у многоклеточного двусторонне симметричного животного происходит в том порядке, в каком располагаются в хромосоме регуляторные Hox-гены. Однако за последнее время генетики выяснили о работе Hox-генов много новых подробностей, не укладывающихся в эту стройную систему.

09.10 Продолжается изучение структуры воды

Тонкий эксперимент однозначно доказал, что кластеры воды обладают большими электрическими дипольными моментами. Попутно выяснилось, что отдельные кластеры не замерзают даже при минус 150 градусах Цельсия. Структура воды становится еще более интересной, чем считалось ранее.
В избранное