Первый взгляд на раскрытие ДНК показывает начальную стадию считывания генетического кода
Ученые впервые наблюдали за работой генетического аппарата клетки на начальных этапах «чтения» генов, что открывает потенциальный способ остановить этот процесс у бактерий.
Считывая определенные гены — процесс, известный как транскрипция, — клетки могут производить и регулировать белки, которые выполняют почти все функции, необходимые для жизни.
В новом исследовании ученые впервые использовали чрезвычайно мощную технику крио-электронной микроскопии, чтобы физически увидеть, как этот процесс происходит в деталях. Эти данные могут помочь исследователям нацелиться на эту стадию транскрипции у бактерий с помощью новых антибиотиков.
ДНК состоит из двух цепей, которые в норме связаны вместе в скрученную спиральную структуру. Цепи разделяются несколькими специализированными молекулами, которые «расплавляют» её, предотвращая повторное соединение цепей, к чему они обычно стремятся. Этот этап транскрипции обычно происходит очень быстро, с множеством изменений за короткий промежуток времени, что делало невозможным его детальное отслеживание ранее.
В исследовании, опубликованном сегодня в Molecular Cell, команда под руководством ученых из Имперского колледжа Лондона наблюдала за процессом раскрытия ДНК в действии.
Поскольку транскрипция ДНК является фундаментальной для функционирования клетки, команда полагает, что понимание того, как она работает у бактерий, может открыть пути для блокировки этого процесса, потенциально останавливая действие вредных инфекций.
Новые способы остановки бактерий
Ведущий исследователь профессор Сяодун Чжан из Департамента медицины Имперского колледжа сказал: «Бактерии становятся все более устойчивыми к антибиотикам, поэтому наши данные о первой стадии транскрипции открывают новые способы остановки бактерий.
Понимание того, как работает фундаментальный механизм, надеюсь, дает нам дополнительные инструменты для разработки новых видов антибиотиков. Исследуя больше этапов процесса транскрипции, мы можем найти больше стадий, на которых можно вмешаться и атаковать вредные бактерии».
Процесс транскрипции происходит у всех живых существ и играет решающую роль во многих клеточных процессах, включая те, что связаны с такими заболеваниями, как рак. Поэтому новые данные могут быть применимы к широкому спектру организмов и болезненных процессов.
Активация транскрипции
В частности, команда изучала действие белка под названием сигма54, который контролирует широкий спектр бактериальных защитных механизмов, удерживая их до тех пор, пока они не понадобятся. Если бы можно было разработать лекарства, мешающие этому этапу и сохраняющие способность сигма54 сдерживать защиту, они могли бы сделать бактерии более уязвимыми для атаки.
Сигма54 высвобождает бактериальную защиту после активации белком, который меняет её форму. Затем «активаторный» белок вместе с сигма54 образует белковый клин, который раздвигает две цепи ДНК. После этого защитные гены бактерий считываются и приводятся в действие.
Исследователи смогли детально наблюдать этот процесс транскрипции, что дало им новое понимание того, как можно использовать сигма54 для отключения защитных механизмов бактерий.
Соавтор исследования профессор Мартин Бак из Департамента наук о жизни Имперского колледжа сказал: «ДНК содержит генетическую информацию, которая преобразуется в белки, выполняющие все функции клетки. Транскрипция — это первая стадия доступа к этой информации.
Она лежит в основе всей адаптации организмов к окружающей среде — это то, как клетки справляются с изменяющимися условиями или даже становятся аномальными, как в раковых клетках. Таким образом, наша работа может иметь значение для целого ряда биологических процессов».