07.11.2012

Сворачивание РНК увидели в реальном времени

У нуклеиновых кислот многое зависит от пространственной конформации. Если вспомнить, например, рибосомные или транспортные РНК, то функционирование этих молекул зависит от того, какую форму они примут после собственного синтеза. Вообще, изменения пространственного «портрета» РНК — один из важнейших способов регуляции синтеза как самой РНК, так и белков, которые она кодирует или в синтезе которых участвует. Однако о самом процессе сворачивания молекул РНК известно не так уж много.

Исследователи из Стэнфордского университета (США) придумали, как можно увидеть сворачивание одной-единственной молекулы РНК в реальном времени. Для этого они использовали так называемый оптический пинцет. Метод используется довольно широко, а суть его состоит в том, что в два лазерных пучка помещают микроскопические шарики, к которым прикреплены макромолекулы. Шарики удерживаются в лазерных лучах с помощью электромагнитных сил и таким образом служат чем-то вроде половинок пинцета, которые растягивают или сжимают макромолекулу или комплекс макромолекул.

РНК начинает сворачиваться уже во время собственного синтеза: пока машина РНК-полимеразы едет по ДНК и присоединяет к растущей цепи РНК новые рибонуклеотиды, синтезированная часть молекулы уже примеряет на себя возможные конформации. Чтобы увидеть этот процесс, исследователи подвесили в оптическом пинцете довольно сложную молекулярную систему. К одному шарику была присоединена ДНК, с которой работала РНК-полимераза. Ко второму шарику — другая ДНК, комплементарная свободному концу растущей РНК. Таким образом, молекула РНК подхватывалась ДНК и оказывалась соединена с обоими шариками оптического пинцета.

Когда РНК начинала сворачиваться, она притягивала или отпускала соединённые с ней ДНК-захват и РНК-полимеразу. Сила натяжения передавалась шарикам, и по двум параметрам — силе натяжения и расстоянию между шариками — можно было судить о конформации РНК.

Как пишут авторы эксперимента в журнале Science, им удалось увидеть формирование двух разных конформаций, которые приводят к двум разным функциональным последствиям. Одна из этих конформаций более выгодна по термодинамическим соображениям, и её вероятность в 10 млрд раз больше. Другая конформация, однако, быстрее образуется, а потому имеет свой шанс на существование. Кроме того, для неё требуется молекула-помощник. Речь идёт о так называемом рибосвитче, или РНК-переключателе.

РНК-полимераза прекращает синтез, когда в РНК образуется структура-терминатор: когда фермент чувствует её, комплекс РНК-полимеразы, ДНК и синтезированной РНК распадается. Но часто перед таким терминатором в последовательности РНК зашифрован «рибосвитч» — другая структура, которая не даёт сформироваться терминатору. Обычно такая последовательность образуется в присутствии некоего вспомогательного соединения, делающего появление альтернативной пространственной формы более вероятным.

Исследователям удалось увидеть формирование обеих структур. В случае, когда РНК-переключатель срабатывал, альтернативная конформация держалась в течение ничтожного промежутка времени — около секунды. Однако и этого, по словам учёных, хватало на то, чтобы РНК-полимераза проигнорировала терминатор и продолжила транскрипцию. Легко понять, что функционально более длинная и более короткая РНК могут быть совершенно различны. Стоит добавить, что такие «рибосвитчи» были найдены во всех царствах живых организмов. Так что исследователям удалось в реальном времени увидеть один из важнейших и древнейших молекулярных механизмов регуляции генетической активности.

Кирилл Стасевич

Источники:

1. КОМПЬЮЛЕНТА