Механизм координации двух фундаментальных процессов в живой природе - считывания генетической информации и синтеза белка - нашел объяснение в изящных экспериментах российских ученых, результаты были опубликованы в одном из апрельских номеров журнала Science (23 April 2010) - Гранит науки - 2010-05-25

У микрофона Марина Аствацатурян! Работа, о которой сообщило престижное международное издание, выполнена в Государственном научном центре РФ ГосНИИГенетика, в лаборатории профессора Александра Миронова (Alexander Mironov). Суть исследования в том, что показана физическая связь между РНК-полимеразой, ключевым ферментом транскрипции, при которой осуществляется считывание, а точнее – «переписывание» информации с ДНК на матричную молекулу, мРНК, и «фабрикой» белкового синтеза, рибосомой. То, что процессы транскрипции и трансляции сопряжены, само по себе новостью не является, достижение авторов – это модель, демонстрирующая прежде неизвестную строгую зависимость скорости транскрипции от трансляции, т.е. от эффективности перевода считанной с ДНК информации в белковую последовательность. И эта зависимость опосредована РНК-полимеразой. Биологический смысл такой зависимости – экономия. Клетка не должна тратить ресурсы на создание матрицы для белкового синтеза, если в ней нет потребности. А потребность определяется рибосомами, на которых создаются белки. Потому и целесообразно контролировать первый относительно простой процесс, т.е. транскрипцию, следующим, куда более ресурсозависимым процессом – трансляцией.

Сотрудник ГосНИИГенетики Сергей Прошкин (Sergey Proshkin) с соавторами получили данные для создания РНК-опосредованной модели кооперации трансляции и транскрипции в экспериментах in vivo, на культурах клеток бактерии кишечной палочки, Escherichia coli, несущих генно-инженерную конструкцию с геном белка-репортера, который служит индикатором эффективности трансляции. Воздействуя на процесс трансляции известными подавляющими ее факторами, ученые наблюдали общее изменение скорости транскрипции. Среди факторов подавления трансляции были, в частности, антибиотик хлорамфеникол и избыток особых последовательностей ДНК, так называемых стоп-кодонов. В их присутствии скорость транскрипции, т.е. продвижения РНК-полимеразы по ДНК, замедлялась, что было отражено в результатах гибридизации ДНК. Последняя представляет собой молекулярно-генетический метод, позволяющий оценить длину одноцепочечной (т.е. доступной для транскрипции) ДНК. В других экспериментах, где фигурировала некая рибосомальная мутация, влияющая на процесс трансляции, было обнаружено повышение эффективности, т.е. ускорение транскрипции. Для объяснения этих неожиданных эффектов Прошкин с соавторами предположили, что наблюдаемая кооперация обусловлена известной способностью РНК-полимеразы к возврату, т.е. обратному движению, которое по мере транскрипции происходит постоянно. Если представить, что рибосома следует за РНК-полимеразой, приступая к синтезу белковой молекулы, как только из РНК-полимеразы появляется соответствующий матричный хвостик, то становится понятно, каким образом активная трансляция стимулирует транскрипцию. Рибосома в рабочем состоянии, т.е. связанная с матрицей, просто физически не допускает обратного движения РНК-полимеразы, подталкивая ее вперед и заставляя транскрибировать дальше.