Как мобильная последовательность ДНК находит свою цель?

Чтобы понять, как транспозоны формируют геномы, где они сохраняются на протяжении поколений, жизненно важно раскрыть механизмы их направленной интеграции. Исследователи из Laboratoire Pathologie et Virologie Moléculaire (CNRS/Inserm/Université Paris Diderot) совместно с учёными из CEA и лаборатории из США идентифицировали взаимодействие двух белков, необходимое для интеграции транспозона в специфическую область генома дрожжей. Эти результаты, опубликованные 1 мая 2015 года в журнале Science, подчёркивают роль этих мобильных последовательностей ДНК в эволюции и адаптации организмов, а также их потенциальную ценность для генной терапии.

Транспозоны — это последовательности ДНК, способные перемещаться внутри геномов. Они составляют значительную долю генома и играют важную роль в его эволюции. Интегрируясь в ДНК, они могут способствовать пластичности генома и появлению новых клеточных функций. С другой стороны, они также могут вызывать мутации, угрожающие выживанию клетки. Их интеграция обычно происходит в специфических, бедных генами областях, где она наименее вредна. Механизмы, делающие такую направленную интеграцию возможной, до сих пор плохо изучены.

Авторы исследования сосредоточились на ретротранспозоне Ty1 дрожжей Saccharomyces cerevisiae, чтобы изучить, как определяется сайт интеграции. Ty1 интегрируется в область, небольшую по сравнению с масштабом генома, расположенную перед определёнными генами, которые транскрибируются ферментным комплексом РНК-полимеразы III (Pol III). Используя Pol III в качестве «приманки», исследователи обнаружили, что один из белков этого комплекса, AC40, взаимодействует с белком, кодируемым Ty1, что позволяет произойти интеграции ретротранспозона. Дальнейший анализ показал, что это взаимодействие необходимо для направленной интеграции. Действительно, в клетках, содержащих функционально схожий, но не взаимодействующий с Ty1 белок AC40 из другого вида дрожжей, ретротранспозон по-прежнему эффективно встраивался в геном, но крайне редко — в свои обычные сайты-мишени.

Таким образом, исследование выявило механизм, с помощью которого мобильная последовательность ДНК находит свою цель. Оно также показало, в какие области генома происходит интеграция при отсутствии этого контрольного механизма. Ретротранспозон предпочтительно встраивается в области на концах хромосом (теломеры). Эти области содержат семейства генов, несущественных в нормальных условиях, но необходимых для адаптации дрожжей к изменениям среды. Более того, экспрессия РНК-полимеразы III, определяющая направленную интеграцию Ty1, зависит от условий окружающей среды. Эти результаты подтверждают гипотезу о том, что мобильность транспозонов, часто активируемая в ответ на стресс, способствует реорганизации генома, позволяя дрожжам адаптироваться к изменениям и повышая их выживаемость.

Помимо прогресса в фундаментальных исследованиях, прояснение механизма интеграции Ty1 полезно и для генной терапии, использующей векторы, производные от ретровирусов, для переноса генов в клетки. Как и ретровирусы, эти векторы часто интегрируются в богатые генами области, где могут оказывать мутагенный эффект. Свойства транспозонов, подобных Ty1, можно было бы использовать для снижения рисков, направляя интеграцию векторов в более безопасные области генома.