Komplekse RNA switches - en ny mekanisme til genregulering • Alexander Markov • Videnskabsnyheder om "Elements" • Genetik

Komplekse RNA-switche – En ny genreguleringsmekanisme

Tredimensionel struktur af thiamin pyrophosphat-responsiv RNA switch

RNA-switche er nyopdagede aktive steder af RNA-molekyler, der regulerer generernes funktion. Indtil nu var det antaget, at regulering ved hjælp af RNA-switche er enkel: en switch reagerer på et bestemt stof og undertrykker (mindre ofte – aktiverer) et gens arbejde. Amerikanske forskere har opdaget en mere kompleks reguleringsenhed, som er et kompleks af to RNA-switche, der reagerer på forskellige stoffer. Opdagelsen viser, at mulighederne for den ældste proteinfrie genreguleringsmekanisme langt fra er så begrænsede som tidligere antaget.

De første RNA-switche (riboswitches) blev opdaget i 2002 af Ronald Breaker og hans kolleger på Yale University. Siden da har antallet af publikationer afsat til denne underlige og meget gamle genreguleringsmekanisme vokset hurtigt.

Et gens arbejde begynder med transkription – skaber et informativt RNA-molekyle på en DNA-skabelon. Ikke kun den del af DNA'et, som koder for proteinet, transkriberes, men også noget "overflødigt", herunder regionen før begyndelsen af ​​kodningsregionen. Det er her, hvor RNA-switcherne er placeret.De er sekvenser af nukleotider, der umiddelbart efter transkription foldes ind i indviklede tredimensionelle strukturer. Sammenfoldningen udføres på basis af komplementaritetsprincippet. For eksempel kan sekvensen -AAAGGGGAGTTSTCUU – danne en loop med et "ben", og benet består af to limede RNA-tråde (tre venstre A vil holde sammen med tre højre Y, tre G – med tre C).

Vigtigst er, at den region, hvor RNA-switcherne er placeret, først transkriberes. RNA-switche kommer til en fungerende tilstand – det vil sige de tager den ønskede konfiguration – så snart de transkriberes, og længe før transkriptionen af ​​hele genet er afsluttet. Dette gør det muligt for dem at afbryde transkriptionen og dermed rent faktisk slukke genet.

RNA-omskifteren består af to funktionelle dele. Den første del er en stærkt selektiv og følsom receptor, som er i stand til at binde med noget strengt defineret molekyle (for eksempel med aminosyren glycin eller med S-adenosylmethionin). Den anden del af enheden er den egentlige switch.Når receptoren binder til "dens" molekyle, ændrer omskifteren sin rumlige konfiguration, hvilket fører til en ændring i genets aktivitet. For eksempel kan en omskifter danne et "hårnål" – en fremspringende dobbeltstrenget del, som blokerer for yderligere transkription, og på hvilken det ufærdige informative RNA simpelthen bryder af.

Nøglemolekylet, der driver RNA-kontakten, er ofte et stof produceret af et protein, hvis gen reguleres af denne switch. For eksempel, hvis et genprodukt er et protein, som syntetiserer stof A, vil RNA-omskifteren af ​​dette gen sandsynligvis reagere på substans A. Således dannes en negativ tilbagemelding: Når et produkt bliver for meget, vil produktionen af ​​proteinet, der syntetiserer dette produkt , suspenderet.

RNA-switche er bredt fordelt i alle tre riger i naturen: i bakterier, arkæer og eukaryoter. De er mest forskelligartede i bakterier. Da de kun var åbne for fire år siden, er det ikke overraskende, at vi næsten hver måned lærer noget nyt om dem. Først troede de, at alle RNA-switche reducerede genernes aktivitet – men snart blev aktivatorer opdaget blandt dem.Man mente, at reguleringskredsløb, der involverer RNA-switche, altid er simple: et gen, en switch, et signalstof. Og i det seneste nummer af bladet Videnskab En artikel fra amerikanske forskere, der ledes af Breaker, fremkommer, der beskriver en ny type regulatorisk RNA-enhed bestående af to forskellige RNA-switche.

Breaker og hans kolleger gennemfører en storskalig søgning efter komplekse RNA-switches i de bakterielle genomer, der læses. De har allerede fundet flere typer af sådanne enheder. En af dem – den ene, som de formåede mest rekonstruere og teste i eksperimenter – er det, de beskriver i artiklen.

Dobbelt RNA-regulator detekteret før starten af ​​det kodende område af genet Mete bakterier Bacillus clausii. Dette gen koder for et enzym, som syntetiserer aminosyremethioninen fra homocystein. Methionin anvendes derefter til syntetisering af S-adenosylmethionin (SAM). Ud over genet Mete, har bakterien et andet gen, som koder for et andet enzym med samme funktion – meth. Et enzym meth fungerer mere effektivt end Mete, men kun hvis der er en tilstrækkelig mængde hjælpestof (coenzym) methylcobalamin, som er fremstillet af adenosylcobalamin (AdoCbl).

Det viste sig, at genet meth, såvel som genet for enzymet, som konverterer methionin til SAM, reguleres af en RNA-switch, der reagerer på SAM. Betydningen er tydelig: når der er meget i en celle SAM, RNA switche suspendere arbejdet med gener involveret i produktionen af ​​dette stof.

gen Metesom det viste sig, er reguleret af et kompleks af to RNA switche. En af dem reagerer på SAMden anden er på AdoCbl. Betydningen af ​​den anden switch er som følger: hvis der er mange i cellen AdoCbldet er mere rentabelt for protein at producere methionin methog genets arbejde Mete bedre endnu pause.

Forskere har fundet ud af, at komplekset af to omskiftere fungerer som et logisk element NOR (OR-NOT). Med andre ord er et gen afbrudt, hvis begge eller i det mindste en af ​​de to kontakter kontakter sit molekyle.

Opdagelsen viste, at muligheden for proteinfri RNA-regulering af genaktivitet ikke er så begrænset som det blev antaget før. Baseret på enkle RNA-switches kan der skabes mere komplekse reguleringsenheder, der kan tage hensyn til flere miljøparametre på én gang.

Allerede opdagerne af RNA-switches blev det straks klart, at de stod overfor noget ekstremt gammelt.En person med en vis biologisk viden og god fantasi kan forestille sig dette billede i farve: hvordan et "læsbart" gen pludselig begynder at bevæge sig, opfatte signaler fra miljøet, reagere på dem og forstyrre læsernes arbejde: Læs mig ikke mere! Det er overraskende, hvor langt fra sandheden var de oprindelige ideer om RNA som en ikke-initiativmægler mellem DNA og en proteinsyntese. Mange eksperter mener, at RNA-switche dukkede op i begyndelsen af ​​livet, i før-mærke-æraen, da "RNA-verdenen" eksisterede. Dette bekræftes især af, at proteiner ikke tager nogen rolle i RNA-switches arbejde. Ja, og de stoffer, som de reagerer på (S-adenosylmethionin, adenosylcobalamin og andre) synes at være kommet til os lige fra RNA-verdenen, fordi dette kun er modificeret ribonukleotider.

Kilde: Narasimhan Sudarsan, Ming C. Hammond, Kirsten F. Block, Rudiger Welz, Jeffrey E. Barrick, Adam Roth, Ronald R. Breaker. Tandem Riboswitch Arkitektur Udstillings Komplekse Gene Control Funktioner // Videnskab. 2006. V. 314, s. 300-304.

Se også:
RNA switches: en ny mekanisme for genregulering i bakterier (Riboswitch: En ny mekanisme for genregulering i bakterier. Pdf, 25 Kb)

Alexander Markov


Like this post? Please share to your friends:
Skriv et svar

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: