Их исследования, опубликованные в Proceedings of the National Academy of Sciences, сосредоточены на факторах транскрипции — белках, которые управляют потоком генетической информации от ДНК к информационной РНК (мРНК). Их результаты показывают, как факторы транскрипции (TF) активируют синтез мРНК гена и уходят со сцены — в модели, называемой транскрипцией «наезд и беги»."Подобно Тому Сойеру из Марка Твена, который начинает красить забор тети Полли, а затем убеждает других, что они имеют право присоединиться к нему, прежде чем уйти расслабиться, этот первопроходческий фактор транскрипции связывается с промотором гена, чтобы инициировать транскрипцию, а затем уходит, нанимая своих друзей «Чтобы продолжить начатую работу», — объясняет профессор биологии Нью-Йоркского университета Коруцци, старший автор исследования.
Исследуемый фактор транскрипции имеет решающее значение для активации генов, необходимых для ответа на азот, питательный сигнал, который является элементом, ограничивающим скорость роста растений.Таким образом, помимо раскрытия нового механизма транскрипции «ударил-и-бежал», это открытие имеет потенциальные практические применения для улучшения реакции на азот у сельскохозяйственных культур.
Это открытие указывает на возможность реорганизации растений таким образом, чтобы повысить их эффективность в получении и усвоении нитратов, основного источника энергии, содержащегося в удобрениях. Уменьшая количество удобрений на основе нитратов, производители могут снизить риски для здоровья, связанные со стоком удобрений в грунтовые воды.
В исследовании, финансируемом Национальными институтами здравоохранения, также участвовали исследователи из лабораторий Колд-Спринг-Харбор и Национального центра научных исследований Франции (CNRS), основное внимание уделяется конкретным изменениям в сетях регулирования генов (GRN).GRN — «печатные платы», которые определяют, как гены в живых организмах взаимодействуют для передачи ответов на сигналы в их среде, — представляют особый интерес для исследователей геномики в новой области системной биологии, которая направлена на понимание того, как работают гены. вместе как система. В этом примере понимание того, как сигналы азота проходят через генетическую плату, может указать на способы создания более экологически устойчивых растений и сельскохозяйственных культур.
Лаборатория Коруцци сосредоточилась на том, как изменить эту генетическую схему, чтобы растения могли более эффективно усваивать нитратные удобрения, тем самым уменьшая количество, необходимое для урожая.В частности, они изучили, как факторы транскрипции (TF) динамически функционируют внутри ядер клеток, связываясь с ДНК и регулируя экспрессию генов.ТФ представляют первостепенный интерес для биологов, потому что они помогают определять, какие гены экспрессируются в каждой клетке организма. Однако оценка их роли часто ставила ученых в тупик.
Взаимодействие ТФ с ДНК носит временный характер, часто длится всего несколько минут, и, как правило, упускается из виду, поскольку современные методы их измерения занимают до 30 минут для выполнения, что затрудняет полное улавливание и измерение весьма кратковременных ассоциаций ТФ и его гена. цель.В исследовании PNAS исследователи разработали новый метод, выполнение которого заняло всего одну минуту, что позволяет им точно фиксировать ранние события и ранее неуловимую активность TF.
Они также разработали способ идентификации прямых мишеней TF, основанный исключительно на функциональном считывании вызванных TF изменений экспрессии генов, даже в отсутствие детектируемого связывания TF. Это позволило им обнаружить прямые генные мишени TF даже в тех случаях, когда связывание TF длится всего наносекунды.Этот метод позволил исследователям выявить новые динамические и временные взаимодействия между TF и мишенями, которые ранее ускользали от обнаружения у дрожжей, растений и животных.
Используя свой недавно разработанный метод, исследователи обнаружили общегеномные доказательства модели транскрипции «наезд и беги», впервые предложенной в 1980-х годах. Эта модель предполагает, что TF сначала инициирует транскрипцию целевого гена, связываясь с ДНК (Hit), затем отделяется от ДНК (Run), в то время как транскрипция происходит без его помощи, тем самым раскрывая его природу «Тома Сойера».
Как только этот процесс начинается, первичный TF переходит к другому гену-мишени, позволяя ему быстро и каталитически активировать большой набор генов в ответ на сигнал.