Чтобы защитить будущие поколения от разрушения генома, дефекты этих врожденных защитных систем обычно приводят к бесплодию. У животных основной защитой от вызывающих проблемы транспозонов является путь РНК, взаимодействующий с Piwi.В новом исследовании ученые во главе с профессором Лаборатории Колд Спринг-Харбор (CSHL) Грегори Хэнноном, который также является профессором и старшим руководителем группы в Кембриджском институте CRUK при Кембриджском университете, определили белок, который система Piwi использует для управления клетками. механизмы подавления генов в нужные места в геноме, позволяя ему держать транспозоны в неактивном состоянии, не вмешиваясь в собственные гены организма.
Коллеги Хэннона шутливо назвали протеин Panoramix в честь персонажа комиксов, который наделяет других огромной силой.Путь РНК, взаимодействующий с Piwi, который активен в клетках зародышевой линии — тех, которые дают начало сперматозоидам и яйцеклеткам — представляет собой двухуровневую систему защиты. Самая прямая линия защиты находит и пережевывает копии РНК транспозонов, в то время как второй механизм находит транспозоны в геноме и маркирует их химическими сигналами, которые инструктируют клетку, чтобы они были в безопасности. «Эти два режима управления обеспечивают максимально возможный зажим системы», — говорит Хэннон.В текущем исследовании Хэннон и его коллеги сосредоточились на системе, которая химически маркирует ДНК транспозонов.
Это происходит в тот момент, когда элементы готовятся к перемещению, когда ДНК транспозона копируется со своего места в геноме в РНК, процесс, известный как транскрипция.Задача системы Piwi, объясняет Хэннон, состоит в том, чтобы найти эти последовательности, которые очень похожи на собственные гены организма, и пометить их, чтобы их можно было распознать с помощью того же механизма, который клетка использует для выключения собственных генов. нужный.
Считается, что малые молекулы РНК, называемые Piwi-взаимодействующими РНК, ответственны за обнаружение транспозонов по мере появления копий РНК, но следующий шаг был необъясним. «Мы хотели найти связь между этим специфическим для транспозона путем и более общим репрессивным механизмом клетки», — объясняет Хэннон.У ученых был список молекул, которые, по их мнению, могли играть эту роль, и Ян Ю, научный сотрудник лаборатории Хэннона в CSHL, решил проверить их.
Система Piwi настолько быстра, что ученые обнаружили, что почти невозможно следить за ее компонентами, поскольку они заставляют замолчать свои естественные цели. Поэтому Ю сконструировал искусственную цель Piwi, затем прикрепил к ней различные компоненты системы Piwi и следил за тем, что произошло дальше.
В большинстве случаев клетки обрабатывали фрагмент ДНК, кодирующий мишень, как один из своих собственных генов. Но когда Panoramix был привязан к искусственной РНК-мишени, он смог остановить транскрипцию чужеродного фрагмента ДНК. Это предполагает, что, как только начинается транскрипция, Panoramix задействует механизм сайленсинга генов клетки, чтобы отключить локальную транскрипцию и пометить интрузивную ДНК, чтобы она оставалась отключенной даже в будущих поколениях.«Это невероятно специфический феномен», — говорит Хэннон, отмечая, что Panoramix вызывает механизм подавления генов в клетке, не влияя на активность каких-либо собственных генов плодовой мушки.
Хотя белок Panoramix не был обнаружен у млекопитающих, Хэннон говорит, что очень вероятно, что у людей и других животных есть родственный белок, который выполняет ту же роль.