Биологи из Массачусетского технологического института (МТИ) выявили механизм, который позволяет клеткам считывать находящуюся в них ДНК в правильном направлении и препятствует репликации, так называемой, бессмысленной ДНК, образующей большие участки генома.

Приблизительно 15% генома человека несёт информацию о белковых молекулах. В последние годы учёные обнаружили бессмысленные участки генома (межгенную ДНК), которые переписываются в РНК — специализированные молекулы, передающие информацию из ДНК по клетке. Учёные пытаются разобраться с тем, что эта РНК может делать.

В 2008 году исследователи МТИ под руководством профессора Филлипа Шарпа (Phillip Sharp), что выяснили, что

большая часть этой РНК генерируется в ходе процесса, который называется дивергентная экспрессия [divergent expression]. В ходе данного процесса происходит считывание ДНК в обоих направлениях от точки начала считывания.

В статье, опубликованной в журнале Nature, профессор Шарп и его коллеги описывают, как клетки инициируют, а затем останавливают копирование РНК в 3’-5’ направлении (в небелок-кодирующем направлении), позволяя ему продолжиться в правильном направлении.

Результаты, полученные учёными, могут помочь объяснить существование множества не так давно открытых коротких РНК, функция которых остаётся неизвестной.

«Это часть прорыва в области исследования ДНК, в рамках которого мы наблюдаем различные РНК и новые РНК, присутствие которых в клетках мы не ожидали увидеть, и пытаемся понять, какую роль они выполняют в нормальном функционировании клеток или в жизнеспособности клеток. Полученные результаты в целом дают нам новое понимание баланса фундаментальных процессов, которые позволяют клетке функционировать» — говорит профессор Шарп.

Выбор направления

ДНК, находящаяся в ядре клетки, контролирует клеточную активность путём преобразования информации через РНК в белки. При считывании информации с ДНК сначала образуется иРНК (в ходе транскрипции). Когда ДНК раскручивается для считывания, транскрипция может идти в любом направлении. Чтобы инициировать транскрипцию, на специальную область генома (промотор) «садится» специфический фермент — РНК-полимераза. После данная РНК-полимераза движется вдоль нити ДНК, обеспечивая по ходу образование цепи иРНК.

Когда РНК-полимераза достигает стоп-сигнала, находящегося на конце гена, она останавливает транскрипцию и добавляет к иРНК специфическую последовательность — поли-А хвост, состоящий из длинной цепи адениновых оснований. Этот процесс известен как полиаденилирование, он помогает подготовить иРНК к транспорту из ядра клетки.

Путём сиквенса иРНК-транскриптов стволовых клеток эмбрионов мышей авторы проведённого исследования выяснили, что

полиаденилирование так же играет очень важную роль в предотвращении транскрипции некодирующих ДНК-последовательностей. Учёные выяснили, что данные области содержат большое количество сигнальных последовательностей для полиаденилирования, сообщающих ферментам необходимость нарезания иРНК пока она не стала очень длинной. Отрезки ДНК, выполняющие функцию генов, характеризуются низкой плотностью данных сигнальных последовательностей.

Кроме того, учёные обнаружили дополнительный фактор, который влияет на то, будет ли транскрипция продолжена.

Ранее было показано, что, когда клеточный фактор U1 snRNP связывается с РНК, полиаденилирование супрессируется.

Исследование, проведённое учёными из Массачусетского технологического института, показывает, что гены обладают более высокой концентрацией сайтов связывания для U1 snRNP (по сравнению с некодирующими последовательностями). Это позволяет стабилизировать процесс транскрипции.

Частый феномен

Функции некодирующих 3’-5’ РНК-транскриптов требуют более глубокого изучения.

«В результате рассматриваемого транскрипционного процесса могут образовываться иРНК, выполняющие какие-либо функции, или они могут быть продуктом природы биохимического влияния. Этот вопрос будет спорным на протяжении долгого времени» — говорит профессор Шарп.

В настоящее время его лаборатория изучает взаимосвязь между данным транскрипционным процессом и выявлением большого количества так называемых длинных некодирующих РНК (днРНК). Профессор Шарп планирует исследовать механизмы контроля синтеза днРНК и выяснить функции этих РНК.