Исследователи из Института медицинских исследований Стоуэрса и других организаций показали, что молекула под названием элонгин А играет в этом процессе две роли. Когда клетки нормальны и не подвержены стрессу, молекула продолжает движение транскрипции, так что гены «экспрессируются», а РНК записывается быстрее. Когда клетки подвергаются стрессу, и транскрипция сталкивается с ошибкой, вызванной повреждением ДНК, это отмечает механизм, который нужно разобрать.
Теперь ученые Стоуэрса и их сотрудники обнаружили, как молекула трансформируется между этими двумя альтернативными идентичностями, одна как посредник, а другая как разрушитель.Результаты сообщаются в Журнале биологической химии.
«Для любой клетки регуляция транскрипции и экспрессия генов — очень тонкий балансирующий акт. Если механизм останавливается на гене, он становится физическим блоком транскрипции.
Это может иметь разрушительный эффект, если ген является геном-супрессором опухоли или важным — говорит Джастон Уимс, доктор философии, научный сотрудник и ведущий автор исследования. «Понимание того, как элонгин А помогает разобрать механизм транскрипции, дает нам представление о таких заболеваниях, как рак, которые могут возникнуть при неправильном включении или выключении генов».Чтобы включить ген, части аппарата транскрипции действуют поэтапно по определенным участкам ДНК, чтобы преобразовать генетическую информацию в ДНК в рабочую копию РНК. Транскрипция не всегда проходит гладко, и оборудование иногда заикается, когда оно немного перекосится или сбивается с пути.
Он также может останавливаться или вообще останавливаться, когда сталкивается с ошибкой — участком ДНК, который поврежден в результате воздействия ультрафиолетового излучения или простого износа.На протяжении почти трех десятилетий следователи Джоан Конэуэй, доктор философии. и Рональд Конэвей, доктор философии. изучили фундаментальные механизмы, управляющие транскрипцией. Многие из их открытий были сосредоточены на элонгине А, молекуле, которая играет две роли в этом процессе. Элонгин А помогает удлинить цепи РНК, которые выходят из аппарата транскрипции, ускоряя скорость, с которой ДНК копируется в РНК.
Кроме того, это помогает избавиться от застрявших полимераз, вводя молекулы, которые помечают оборудование для утилизации.В этом исследовании Conaways и Weems стремились понять, как elongin A переключается между этими двумя ролями.
Они знали, что в первой роли элонгин А партнером своих сестринских белков элонгинов B и C, но во второй роли он также вводит другой белок, называемый Cul5. Поэтому они решили отслеживать его связь с Cul5, чтобы отслеживать его поведение в ячейке.Исследователи подвергли целую пластину клеток ультрафиолетовому облучению, чтобы вызвать повреждение ДНК.
Они обнаружили, что элонгин А образует комплекс в облученных клетках, но не в здоровых клетках. В отдельном эксперименте они использовали лазер, чтобы нарисовать единственную линию повреждения через ДНК, которую можно было визуализировать под микроскопом. Используя флуоресцентные метки для окрашивания элонгина A и Cul5, исследователи обнаружили, что эти белки быстро накапливаются в областях локализованного повреждения ДНК, например, блестки на полосках клея.Затем исследователи хотели определить, какие сигналы могут вызвать сборку элонгина А с Cul5 и образование комплекса, называемого убиквитинлигазой.
Они уже показали, что повреждение ДНК может помочь. Но что, если механизм транскрипции остановится даже при отсутствии каких-либо повреждений ДНК? А что было бы, если бы они нагружали клетку другими способами? Исследователи обрабатывали клетки множеством лекарств, которые вызывали повреждения в ДНК, блокировали полимеразу или имитировали голодание по питательным веществам, и обнаружили, что все они запускают смену ролей элонгина А.«Мы были очень удивлены, обнаружив, что различные стимулы, которые приводят к большим изменениям в экспрессии генов, но которые, как известно, не останавливают полимеразу, также вызывают этот сдвиг», — говорит Джоан Конавей, старший автор исследования. «Возможно, что лигаза образуется при этих обстоятельствах на тот случай, если полимераза« застрянет »на некоторых критических, недавно активированных генах.
С другой стороны, эти результаты впервые повышают вероятность того, что элонгин А может играть положительную роль в активация гена каким-то загадочным механизмом, который мы действительно хотели бы понять ».Исследователи планируют продолжить это направление в будущих исследованиях. Они также продолжат изучение разнообразных сигналов, которые формируют поведение элонгина А, в надежде выяснить его роль в клетке.«Одна из возможностей состоит в том, что« застрявшая »полимераза является основным сигналом», — говорит Рональд Конэвей, также старший автор исследования. «Однако может быть не только один сигнал.
Могут быть различия между сигналами, которые управляют сборкой после повреждения ДНК, и другими стимулами, такими как стресс, недостаток питательных веществ или передача сигналов ретиноевой кислоты».