Как факторы транскрипции находят и распознают кластеры специфичных последовательностей ДНК

При развитии организма специализирующиеся клетки формируют различные ткани и органы, сохраняя тот же генетический материал. В процессе транскрипции части ДНК (гены) копируются в молекулу РНК, которая несёт информацию для производства белков. Судьбу клеток определяют те участки ДНК, которые считываются. «Считывателями» ДНК являются белки — факторы транскрипции: они связываются с определёнными сайтами на ДНК и активируют процесс транскрипции.

Учёные из Института молекулярной клеточной биологии и генетики им. Макса Планка (MPI-CBG) и Института физики сложных систем им. Макса Планка (MPI-PKS) в Дрездене показали, что тысячи отдельных факторов транскрипции объединяются и взаимодействуют друг с другом. Они коллективно «смачивают» поверхность ДНК, образуя жидкоподобные капли (конденсаты), которые могут идентифицировать кластеры сайтов связывания на ДНК.

Решение о том, какие гены транскрибируются, принимается сложной сетью регуляторных белков — факторов транскрипции. Хотя эти факторы связываются с короткими последовательностями ДНК, для включения близлежащих генов требуется распознавание кластеров из многих таких последовательностей.

Исследовательские группы Штефана Грилля и Энтони Хаймана (MPI-CBG) и Франка Юлихера (MPI-PKS) в исследовании, опубликованном в Nature Physics, изучили, как факторы транскрипции находят и распознают кластеры специфичных последовательностей ДНК.

Методология и результаты

  • Учёные использовали оптические пинцеты (технология, использующая лазеры для манипуляции отдельными молекулами ДНК) в сочетании с конфокальной микроскопией.
  • Это позволило наблюдать, как факторы транскрипции связываются и образуют белковые конденсаты на предпочтительных последовательностях ДНК на уровне одной молекулы.
  • Факторы транскрипции взаимодействуют друг с другом и собираются посредством фазового перехода предсмачивания, формируя жидкоподобные капли, наполненные тысячами факторов транскрипции.
  • Собранные таким образом факторы транскрипции могут коллективно «считывать» последовательность ДНК и идентифицировать нужную область.

Значение

Полученные данные дают возможное механистическое объяснение локализации факторов транскрипции вдоль генома, что важно для понимания регуляции экспрессии генов. Поскольку известно, что эта регуляция нарушается при болезнях развития и раке, новые результаты помогают понять, как возникают эти заболевания, и важны для разработки новых терапевтических стратегий.