'Кинетическая линейка' раскрывает, как клетки измеряют хвосты мРНК
Международная группа учёных обнаружила неожиданный механизм, с помощью которого клетки измеряют длину поли(А)-хвоста матричной РНК (мРНК). Вместо определения размера клетки засекают время его роста с точностью секундомера. Эта «кинетическая линейка» открывает новый принцип, с помощью которого клетки достигают молекулярной точности в таких жизненно важных процессах, как экспрессия генов.
Исследование опубликовано в Genes & Development.
молекулы мРНК несут генетические инструкции от ДНК и заканчиваются поли(А)-хвостом — защитной цепочкой из аденозинов, которая влияет на количество производимого белка и продолжительность активности молекулы. У дрожжей эти хвосты стабильно имеют длину около 60 аденозинов. До сих пор было неясно, как клетки достигают такой точности.
Команда под руководством Университета Турку (Финляндия) в сотрудничестве с исследователями из Лаборатории молекулярной биологии (LMB) в Кембридже (Великобритания) и Орхусского университета (Дания) воссоздала процесс создания хвоста в лаборатории.
Они обнаружили, что длину задают два участника: комплекс CPAC, который добавляет аденозины, и белок Nab2, который связывается с хвостом и останавливает его рост. Как только хвост становится достаточно длинным, две молекулы Nab2 объединяются в пару и блокируют дальнейшее удлинение.
Неожиданно оказалось, что конечная длина определяется не размером хвоста, а «гонкой» между скоростью добавления аденозинов комплексом CPAC и скоростью связывания белка Nab2.
«Эти молекулярные машины измеряют РНК не по размеру, а по времени. Точность достигается за счёт остановки реакции всегда через две-три секунды после её начала», — объясняет ведущий автор работы доктор Матти Туртола из Университета Турку.
В этой системе, подобной секундомеру, концентрация Nab2 в клетке — и, следовательно, скорость его связывания — определяет момент остановки удлинения хвоста.
«Это элегантный механизм. Примечательно, что Nab2 также регулирует собственный уровень, поддерживая точную калибровку времени даже при изменении условий», — добавляет Туртола.
Эта «кинетическая линейка», основанная на времени, критически важна, поскольку начальная длина поли(А)-хвоста определяет, сколько белка может произвести мРНК и как долго сообщение будет активно. Обеспечивая каждую новую мРНК хвостом правильного размера, клетки держат под контролем производство белка.
Открытие подчёркивает точность, с которой клетки контролируют экспрессию генов, показывая, что механизмы, основанные на времени, могут быть так же важны, как и структурные, в молекулярной биологии.
Подобные кинетические линейки могут работать во многих других биологических процессах, и их понимание может помочь объяснить, как нарушения во временных параметрах приводят к заболеваниям.
У человека аналогом Nab2 является белок ZC3H14, необходимый для развития мозга, что указывает на то, что эти механизмы, основанные на времени, также могут быть необходимы для поддержания сбалансированной экспрессии генов в человеческих клетках.