Учёные объяснили почему у некоторых бактерий гены богаты пуринами
У некоторых видов бактерий гены отличаются повышенным содержанием пуринов — аденина и гуанина. Учёные выяснили, что это не случайная особенность, а важный механизм, защищающий РНК-транскрипты от действия регуляторного фактора Rho, который выполняет функцию контроля качества в процессе считывания генетической информации.
В норме в бактериальных клетках процесс транскрипции и трансляции тесно связан: РНК-полимераза синтезирует РНК с ДНК, а рибосомы сразу начинают её считывать для синтеза белка. Такое сопряжение ранее считалось необходимым, поскольку движущаяся за РНК-полимеразой рибосома помогает защищать создаваемые транскрипты от разрушительного действия белка Rho, который может преждевременно завершать их синтез.
Однако в некоторых бактериях, таких как Bacillus subtilis, наблюдается так называемая «убегающая транскрипция», при которой РНК-полимераза движется быстрее и не сопровождается рибосомой. В этих условиях Rho в первую очередь нацелен на некодирующие, «бесполезные» РНК, что ставило перед учёными вопрос о том, каким образом сохраняются функциональные генные транскрипты.
Новое исследование показало, что ключевым фактором является именно состав последовательности ДНК. Выяснилось, что кодирующие участки генома у таких бактерий имеют выраженное смещение в сторону пуринов, и именно этот химический «уклон» обеспечивает защиту продуктивных РНК от преждевременного завершения под действием Rho.
Ранее уже было известно, что кодирующие цепи ДНК у некоторых бактерий содержат больше аденина и гуанина по сравнению с остальным геномом, однако теперь установлено, что этого свойства достаточно, чтобы обеспечивать глобальную защиту всех функциональных генов от действия Rho. Таким образом, последовательность нуклеотидов сама по себе выступает как своего рода «барьер», предотвращающий ошибочную остановку транскрипции.
Учёные отмечают, что Rho выполняет важную роль в предотвращении расходования ресурсов клетки на синтез бесполезных РНК, однако его избирательность долгое время оставалась неясной. Новые данные показывают, что именно химический состав последовательностей генов определяет их устойчивость к этому фактору контроля качества.
Также установлено, что бактерии, утратившие Rho в ходе эволюции, не демонстрируют выраженного пуринового смещения, что дополнительно подтверждает связь между этим белком и структурой генома.
Исследователи предполагают, что пуриновый уклон может также выполнять защитную функцию против внедрения чужеродной ДНК, например бактериофагов, а также участвовать в регуляции процессов подвижности, образования биоплёнок и споруляции.
По словам авторов работы, понимание этих закономерностей имеет важное значение для биоинженерии, поскольку позволяет точнее проектировать генетические конструкции для экспрессии терапевтических белков в бактериях и учитывать скрытые ограничения, связанные с работой системы Rho.
Исследование в журнале Nature Microbiology.