Обычно чтение гена во многом похоже на чтение предложения. Механизм чтения направляется к началу гена по различным последовательностям в ДНК – эквиваленту заглавной буквы – и движется слева направо, буква ДНК за буквой ДНК, пока не достигнет последовательности, образующей знак препинания. в конце.
Заглавная буква и знаки препинания, указывающие ячейке, где, когда и как читать ген, известны как регуляторные элементы.
Но ученые недавно обнаружили, что гены – не единственные сообщения, которые клетка читает. Фактически, многие регулирующие элементы также читаются и транскрибируются в сообщения, что эквивалентно произнесению слов «заглавная буква», «запятая» или «точка».«Что еще более удивительно, гены считываются в двух направлениях с так называемых« стартовых сайтов »- по сути, генерируя сообщения как в прямом, так и в обратном направлении.
Со всеми этими сообщениями, как клетка узнает, какая из них кодирует информацию, необходимую для производства белка?? Есть ли что-то особенное в процессе считывания генов и регуляторных элементов, которое помогает избежать путаницы?? Новое исследование, опубликованное сегодня в Nature Genetics, показало, что начальные этапы самого процесса чтения на самом деле удивительно похожи как на гены, так и на регуляторные элементы. Похоже, что после этого начального шага основные различия проявляются в длине и стабильности сообщений.
Генные сообщения достаточно длинные и стабильные, чтобы гарантировать, что гены становятся белками, тогда как регуляторные сообщения короткие и нестабильные и быстро «очищаются» клеткой.
Чтобы сделать различие, команда, возглавляемая профессором CSHL Адамом Сипелом и профессором Корнельского университета Джоном Лисом, искала различия между начальными процессами считывания генов и набором регуляторных элементов, называемых энхансерами. «Мы воспользовались высокочувствительными экспериментальными методами, разработанными в лаборатории Lis, чтобы измерить новые сообщения в ячейке», – говорит Сипел. "Это похоже на новый, более мощный микроскоп для наблюдения за процессом транскрипции, который происходит в живых клетках."
Примечательно, что команда обнаружила, что модели чтения сообщений энхансеров и генов во многом схожи и имеют общую архитектуру. «Наши данные показывают, что один и тот же базовый процесс чтения происходит в генах и этих негенных регуляторных элементах», – объясняет Сипел. "Это указывает на единую модель того, как транскрипция ДНК инициируется по всему геному."
Работая вместе, биохимики из лаборатории Лиса и компьютерные жокеи из группы Сипела тщательно сравнили паттерны энхансеров и генов, объединив свои собственные данные с обширными общедоступными наборами данных из проекта Энциклопедии элементов ДНК (ENCODE) Национального института здоровья. «С помощью множества различных мер мы обнаружили, что паттерны инициации транскрипции практически одинаковы для энхансеров и генов», – говорит Сипел. "Большинство сообщений РНК быстро нацелены на уничтожение, но сообщения в генах, которые читаются в правильном направлении – те, которым суждено быть белком – защищены от разрушения."Команда смогла разработать модель, чтобы математически объяснить разницу между стабильными и нестабильными транскриптами, предлагая понимание того, что определяет ген. По словам Сипела, «наш анализ показывает, что« код »стабильности, по большей части, записан в ДНК, в энхансерах и генах."
По словам Сипела, эта работа имеет важное значение для эволюционного происхождения новых генов. "Поскольку ДНК читается в обоих направлениях от любого начального сайта, каждый из этих сайтов может генерировать два гена, кодирующих белок, с небольшими незначительными изменениями. Геном полон потенциальных новых генов."