Когда рибосома синтезирует белок, она делает это с разной скоростью: одни участки полипептидной цепи появляются из рибосомы быстрее, другие — медленнее. Считается, что причиной тому строение матричной РНК, по которой едет рибосома. В РНК могут попадаться так называемые элементы вторичной структуры, когда в РНК образуются двуцепочечные участки, которые рибосоме приходится расплетать и превращать в одноцепочечные.

Рибосомы, движущиеся по мРНК, с фрагментами полипептидных синтезируемых цепей (фото Visuals Unlimited / Corbis).Однако исследователи из Батского университета (Великобритания) предлагают иное объяснение тому, почему полипептидная цепь синтезируется с разной скоростью. Во время работы рибосомы растущая цепь белка покидает белоксинтезирующий агрегат через специальный канал. И этот туннель, и сама полипептидная цепь несут какой-то электрический заряд. Так вот, как пишут исследователи в PLoS Biology, трудности возникают тогда, когда в канале рибосомы появляется положительно заряженный участок растущего полипептида. Сам рибосомный канал заряжен отрицательно, а потому между ним и положительно заряженным пептидом будет возникать притяжение. Если зарядов со знаком «+» в каком-то участке синтезируемого белка окажется слишком много, он начнёт избыточно притягиваться к проводящему каналу, и скорость синтеза упадёт.

По словам Кэтрин Чарнески, взаимодействие белка с рибосомным каналом имеет большое значение для проверки качества синтезируемого белка и для его правильного сворачивания. У многих матричных РНК на конце есть специальный «хвост», который не должен транслироваться рибосомой. Если же рибосома ошибётся и вовремя не остановится, на этом «хвосте» будет синтезирован положительно заряженный участок, который замедлит ход рибосомы; это, вероятно, послужит сигналом того, что белок получился неправильный и его надо расщепить.

С другой стороны, замедления рибосомы при синтезе могут давать время уже синтезированным фрагментам белка на приобретение нужной пространственной конфигурации. Лишние свободные аминокислоты могут помешать этому процессу, поэтому их лучше попридержать в рибосомном канале. Так задержки в синтезе могут служить правильному сворачиванию белка и тем самым помогают настроить полипептидную молекулу на предназначенную ей функцию.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

При моделировании эволюции двух штаммов кишечной палочки тот, что был на грани вымирания, в конечном счёте опередил «лидера». Как оказалось, изначально плохая мутация у «лузера» при взаимодействии с другой мутацией оказалась эволюционно выгодной.

Кишечная палочка и её ДНК (фото Dr. Gopal Murti) Эволюция — дама капризная и непредсказуемая. Не успеешь оглянуться, как её вчерашние фавориты уже на грани вымирания. И наоборот: те, что раньше плелись в хвосте эволюционного процесса и не блистали численностью, через какое-то время вырываются вперёд. Одна и та же мутация может служить как на благо вида, так и во вред.

Группа американских микробиологов из Университета штата Мичиган попробовала экспериментально показать, как изменения в ДНК обуславливают разный эволюционный потенциал у разных организмов. Учёные выращивали два штамма кишечной палочки Escherichia coli, у каждого из которых было по мутации в одном и том же белке topA — топоизомеразе, который необходим для расплетания молекулы ДНК при её копировании или синтезе матричной РНК.

Эти две мутации по-разному влияли на белок. Бактерии одного штамма размножались гораздо медленнее, зато второй в результате мутации получил «усовершенствованный» белок, который через 500 поколений обеспечил полное доминирование этого штамма бактерии. Первый же, «неудачник», оказался к тому моменту на грани вымирания.

Однако к поколению номер 883 наметился перелом. Первоначальные «лузеры» стали размножаться чуть быстрее «чемпионов» — на какие-то 2,1%. И уже к полуторатысячному поколению роли поменялись — «чемпионы» вымерли, «лузеры» пили шампанское. И такой исход «эволюции в бутылке» воспроизводился в большинстве случаев, хотя и не всегда.

Исследователи более подробно проанализировали геном обоих штаммов и выяснили, что у конечных победителей мутация topA комбинируется с мутацией в гене spoT. Несмотря на то что у тех, кто сначала шёл впереди, мутация в topA давала преимущество, она не сотрудничала со второй мутацией, что в итоге приводило этот штамм в эволюционный тупик.

Статья с результатами работы опубликована в журнале Science.

Коллеги авторов подчёркивают, что гипотеза о взаимовлиянии разных мутаций, разных участков ДНК и пр. в процессе эволюции широко обсуждается, но проверить её на практике было довольно трудно. Эта работа стала первым экспериментальным доказательством на молекулярном уровне эволюционного «сотрудничества» разных мутаций в ДНК. И, конечно, относительности «добра» и «зла» в эволюционном процессе. 

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Исследователи обнаружили, что матричная РНК модифицирована ничуть не меньше, чем ДНК, причём модификации касаются важнейших генов, участвующих в развитии самых разных заболеваний, от рака до шизофрении.

О том, что химические модификации ДНК или обслуживающих её белков влияют на активность генов, известно давно: это один из примеров эпигенетического кодирования. Но до сих пор в исследованиях эпигенетического кода не находилось места для РНК: исследователи были заняты ДНК и гистонами, упаковывающими ДНК в хромосому. Оттого результаты, полученные группой исследователей из Корнеллского университета (США), выглядят особенно интригующими.

Учёным удалось обнаружить многочисленные модификации в матричной РНК, и есть все основания полагать, что они вносят свой вклад в регуляцию генетической активности. Результаты исследования опубликованы в журнале Cell.

Модификация, о которой идёт речь в статье, превращает аденозин в N6-метиладенозин, то есть на букву А генетического кода в мРНК вешается метильная группа. По словам авторов работы, 20% мРНК человека несут эту модификацию, причём касается она самых разных генов. Следует сказать, что N6-метиладенозин в матричной РНК был обнаружен ещё в 1975 году, но тогда не было уверенности, что он принадлежит именно мРНК, что в ходе эксперимента к мРНК не примешались транспортная и рибосомная РНК, которые, в отличие от мРНК, модифицированы щедро и разнообразно. На этот раз исследователи сумели прочесть последовательность модифицированных мРНК и обнаружили в них копии самых разных генов, имеющих отношение ко множеству заболеваний, от рака до шизофрении.

Более того, удалось найти фермент, который может снимать эту модификацию с мРНК. Им оказался продукт гена FTO, мутации в котором часто бывают связаны с ожирением и диабетом. Причём к метаболическим расстройствам приводит именно гиперактивность гена FTO, поэтому исследователи делают вывод, что метилирование матричной РНК необходимо для поддержания правильного метаболизма. Что до фермента, который, наоборот, модифицировал бы мРНК, то его пока не нашли. Зато учёные узнали, где группируются модификации — преимущественно вблизи стоп-кодона. Вероятно, это как-то влияет на работу рибосом, хотя тут, как признаются авторы работы, остаётся только гадать: возможно, модифицированные основания служат, как и в ДНК, для привлечения каких-то регуляторных белков.

Метилирование мРНК было обнаружено у человека и мыши, причём его рисунок оказался довольно консервативным: в обоих случаях модификации происходили в сходных последовательностях. Хотя прямых доказательств тому, что метилирование мРНК влияет на активность белкового синтеза, пока не получено, исследователи не сомневаются, что так оно и есть. Возможно, это универсальный механизм регуляции генетической активности, подобный эпигенетическим модификациям ДНК. Если так, то с практической точки зрения биологи и медики получат дополнительный инструмент в борьбе со сложнейшими и тяжелейшими недугами: достаточно будет лишь притормозить или, наоборот, ускорить ферменты, занимающиеся модификациями мРНК, чтобы генетическая активность человека пришла в норму.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА