Учёные обнаружили новые правила «убегающей» транскрипции
Человек и дрожжи разошлись на эволюционном дереве около 1 миллиарда лет назад. Две, казалось бы, похожие бактерии — Escherichia coli и Bacillus subtilis — эволюционируют независимо примерно в два раза дольше. Становится ясно, что базовые биологические пути могут различаться даже у бактерий.
E. coli более века служит модельным организмом. В ней транскрипция ДНК в РНК (с помощью РНК-полимеразы) и трансляция РНК в белок (рибосомой) тесно связаны (сопряжены). Это считается отличительной чертой бактерий.
Однако междисциплинарная команда биологов и физиков показала, что у B. subtilis действуют другие правила. Полимераза здесь движется вдвое быстрее рибосомы, оставляя её далеко позади. Эта система «убегающей» транскрипции создаёт альтернативные механизмы контроля качества РНК.
«Поколения исследователей учили, что сопряжённая транскрипция-трансляция фундаментальна для экспрессии генов у бактерий. Но наши точные количественные измерения опровергли эту устоявшуюся точку зрения», — говорит старший автор работы, доцент биологии Джин-Вэй Ли.
Ведущими авторами статьи в журнале Nature (26 августа) стали аспиранты Грейс Джонсон (биология) и Жан-Бенуа Лаланн (физика).
Странная подсказка
В 2018 году Лаланн разработал метод измерения границ транскриптов РНК. В B. subtilis он заметил, что места между концами кодирующих последовательностей и концами транскриптов РНК было слишком мало, чтобы полимераза и рибосома поместились там одновременно. Сопряжение казалось невозможным.
Чтобы разобраться, Джонсон измерила скорости РНК-полимеразы и рибосомы в B. subtilis. Полимераза двигалась примерно в два раза быстрее рибосомы.
В E. coli близко следующая за полимеразой рибосома может маскировать преждевременные сигналы остановки транскрипции. Если рибосома отстаёт, белок Rho вмешивается и прекращает транскрипцию.
В B. subtilis рибосома всегда слишком далеко позади, чтобы маскировать сигналы. Вместо этого Джонсон обнаружила, что Rho распознаёт сигналы, закодированные в самой РНК. Это позволяет Rho предотвращать синтез определённых РНК, не подавляя все. Но эти специфичные сигналы означают, что роль Rho в B. subtilis, вероятно, более ограничена, чем в E. coli.
Семейная черта
Лаланн создал алгоритмы для анализа геномов более 1000 видов бактерий на предмет определения концов транскриптов. Во многих случаях места для одновременного размещения полимеразы и рибосомы не хватало. Это указывает, что более 200 других бактерий также полагаются на «убегающую» транскрипцию.
«Было поразительно увидеть, насколько широко распространено это явление. Это ставит вопрос: как много мы на самом деле знаем об этих модельных организмах, которые изучаем так много лет?» — говорит Ли.
Кэрол Гросс, профессор Калифорнийского университета в Сан-Франциско, не участвовавшая в исследовании, называет работу «выдающимся достижением».
По мере того как учёные включают в исследования больше типов бактерий, они узнают больше об основных биологических процессах у этих микроорганизмов — с последствиями для понимания как полезных кишечных микробов, так и опасных патогенов.
«Мы начинаем осознавать, что бактерии могут иметь различные способы регуляции экспрессии генов и реакции на стресс. Это показывает, сколько интересной биологии ещё предстоит открыть при изучении всё более разнообразных бактерий», — говорит Джонсон.