Мобильные генетические элементы, в избытке присутствующие в человеческом геноме, обеспечивают организму быстрый и удобный механизм активации стрессового ответа.
Транспозоны, или же «прыгающие гены» — некодирующие последовательности нуклеиновых кислот, которые могут внезапно менять свое расположение в геноме или создавать собственные копии. Изначально их рассматривали как некий генетический мусор, однако постепенно выясняется, что транспозоны играют важную роль в функционировании организма.
В исследовании, которое опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences, группа ученых из США попыталась понять, как такие «прыгающие гены» работают при стрессе. Речь идет о так называемых Alu-элементах, которые составляют примерно 10,7% всего генома человека. Хромосомные перестройки, связанные с Alu-элементами, могут быть причиной некоторых форм рака и наследственных болезней.
Ученые установили, что Alu-элементы у людей и у мышей (в геноме грызунов они маркируются как B2 элементы) интенсивно экспрессируются, когда организм испытывает стресс. РНК-продукт их транскрипции впоследствии разрезается при взаимодействии с регуляторным белком Pzh2. Однако механизм этого разрезания до недавнего времени был непонятен исследователям, ведь Pzh2 не является нуклеазой — ферментом, который катализирует деградацию РНК и ДНК.
Новое исследование показало, что продукты Alu- и B2-элементов — не просто РНК, а рибозимы, нуклеиновые кислоты с ферментативными свойствами. Причем эти рибозимы катализируют собственное расщепление. Продукты этого каталитического расщепления высвобождаются из хроматина и активируют синтез белков теплового шока. Протеин Pzh2 значительно ускоряет процесс автокатализа, придавая рибозимам рабочую конформацию (пространственное расположение атомов в молекуле).
По словам авторов исследования, продукты транскрипции Alu- и B2-последовательностей можно назвать «эпигенетическими рибозимами», которые функционируют как транскрипционные переключатели во время стресса. Это весьма удобный для клетки механизм активации ответа на стресс, так как никакого синтеза новых промежуточных генных продуктов при нем не происходит.
Результаты работы могут иметь не только теоретическое, но и практическое значение. Дальнейшее изучение роли транспозонов в стрессовых реакциях поможет понять, как направить работу организма в нужное русло, например, во время развития инфекций, рака или аутоиммунных заболеваний.
Автор: Полина Гершберг