Белки, заставляющие гены «замолчать», оказались функционально более разносторонними, чем считалось

Российские ученые установили группы белков, которые способны взаимодействовать с четырьмя ДНК-связывающими белками, отвечающими за «молчание» генов. Оказалось, что эти молекулы участвуют в гораздо большем количестве процессов, чем предполагалось. Полученные данные помогут понять принцип функционирования белков, нарушения в работе которых приводят к неправильному развитию организма, а также к онкологическим заболеваниям. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Cellular and Molecular Life Sciences.

Нормальная работа клеток и целого многоклеточного организма обусловлена тонким балансом разнообразных процессов. Если какой-то из них будет протекать не в свое время, могут нарушиться важные механизмы, развитие тканей и органов пойдет неправильно, появятся тяжелые заболевания (например раковые), организм может даже погибнуть. Это справедливо и для генетического материала, а именно кодирующих белки генов, одни из которых должны быть активны, тогда как другие — отключены, и наоборот.

Было бы неправильно каждый раз изменять нуклеотидную последовательность ДНК, чтобы заставить «замолчать» тот или иной фрагмент. Для этого существуют механизмы регуляции генов, которые обеспечивают специальные молекулы. Контроль может происходить на этапе, когда информация с ДНК конвертировалась в мРНК, на которой уже собирается белок из аминокислот, или раньше — пока мРНК еще даже не успела синтезироваться. В последнем случае молекулы-«контролеры» взаимодействуют с особыми регуляторными участками.

Исследователи из Института биологии гена Российской академии наук (РАН) (Москва) и Института биоорганической химии имени М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН (Москва) на примере мушки дрозофилы изучили белки Combgap, Psq, Zeste и Adf1, взаимодействующие с регуляторными участками ДНК и отвечающие за «молчание» генов. В ходе работы с использованием полученных высокоспецифичных антител ученые определили все последовательности участков ДНК, с которыми связываются исследованные белки, а также установили все их взаимодействия с другими группами белков и между собой.

Оказалось, что белки Combgap, Psq, Zeste, Adf1 имеют не только общие области связывания ДНК, но и уникальные участки, которые могут быть как «выключателями», так и другими регуляторными элементами. Кроме того, изученные белки способны объединяться и формировать плотные контакты друг с другом, а также с другими белками, образуя специфические комплексы, от состава которых может зависеть место их посадки на ДНК и, соответственно, то, какой именно ген «замолчит». Каждый из четырех изучаемых белков имеет уникальных партнеров, которыми кроме белков «молчания» являются белки, активирующие гены, отвечающие за начало синтеза мРНК и обеспечивающие структуру хромосом.

Таким образом, кроме элементов «молчания» изучаемые белки контролируют также активность и других регуляторных элементов. При их взаимодействии протекают различные биохимические процессы, меняющие структуру хроматина (совокупности ДНК и связанных с ней белков, в основном гистонов), что приводит к активации или инактивации генов. Такое многообразное действие белковых комплексов на наследственный материал очень важно для правильной регуляции развития организма и контроля процессов, ошибки в которых могут привести к тяжелым недугам и гибели.

«В данной работе мы установили белки-партнеры ДНК-связывающих факторов. Это поможет понять механизм того, как происходит привлечение к молекуле ДНК функциональных белковых комплексов, в том числе связанных с онкологическими заболеваниями», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Дарья Четверина, кандидат биологических наук, заведующая группой эпигенетики, старший научный сотрудник Института биологии гена РАН.