Учёные из Детской исследовательской больницы Святого Иуды согласовали два тесно связанных, но спорных механизма, лежащих в основе транскрипции — процесса преобразования генетической информации в ДНК в матричную РНК. Предполагается, что разделение фаз является движущей силой транскрипции из-за способности избирательно концентрировать белки и ДНК в отдельных каплях.
Однако учёные не были уверены, что именно имеет значение для транскрипции: разделённые фазы капли или молекулярные взаимодействия, которые способствуют разделению фаз, формируя сети.
Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи использовали транскрипционный фактор дрожжей Gcn4, чтобы сравнить роль небольших растворимых белковых комплексов с ролью более крупных разделённых фаз капель.
Опубликовано сегодня в Molecular Cell, они обнаружили, что два типа сборок глубоко переплетены, с общими движущими силами, стоящими за формированием обоих. Они также показали, что хотя транскрипция может происходить с помощью обоих механизмов, разделение фаз не обязательно обеспечивает повышенную активность. Более того, оно может её снижать.
Сложная природа двух моделей стимулировала сотрудничество между соответствующими авторами Таней Миттаг, доктором философии, из отдела структурной биологии больницы Святого Иуды, и Асимом Ансари, доктором философии, из отдела химической биологии и терапии больницы Святого Иуды.
«Мы хотели определить, что на самом деле функционально в регуляции генов, а что является просто следствием присущей последовательностям липкости, которая имеет тенденцию образовывать сетевые структуры», — сказал Ансари. «Мы столкнулись с вещами, которые были неудобны. И мы обнаружили, что это было не „это или то“. Это было „и то, и другое“».
«Хотя в литературе ведётся много споров о том, какая модель верна, мы заметили, что эти две модели не были сопоставлены напрямую, что именно мы и сделали в этом исследовании», — добавила Миттаг.
Чтобы выяснить, являются ли конденсаты движущей силой или достаточно растворимых комплексов для транскрипционной активности, исследователи методично изменяли способность Gcn4 к фазовому разделению. Поскольку в транскрипции участвует множество белков, исследователи также изучили влияние настройки взаимодействия между Gcn4 и его партнёром по транскрипционному связыванию, Med15. Они обнаружили, что увеличение способности Gcn4 образовывать капли само по себе не обязательно увеличивает активность.
Интересно, что при добавлении Med15 и ДНК в смесь образование капель могло хорошо объяснить активность, но то же самое сделали и молекулярные взаимодействия. Только когда сила взаимодействия между Med15 и Gcn4 была очень высокой, модель капель явно выигрывала.
«В целом мы считаем, что конденсаты и комплексы действуют очень похоже», — сказала Миттаг. «Однако, если мы создадим конденсаты, которые полагаются на очень высокие аффинности, их внутренние материальные свойства, вероятно, не очень подходят для стимулирования биохимической активности».
Кроме того, исследователи показали, что ДНК разрушала конденсаты Gcn4, вопреки предполагаемой поддерживающей роли ДНК в формировании транскрипционных конденсатов.
«Предполагалось, что если у вас есть кусок ДНК с несколькими сайтами связывания рядом друг с другом, это позволит зародиться и сформировать конденсат», — объяснил Ансари. «Мы обнаружили прямо противоположное: транскрипционные факторы могут образовывать конденсат полностью самостоятельно, а когда вы даёте им ДНК, они распадаются».
Исследователи показали, что это произошло из-за связывания ДНК с Gcn4 и формирования небольших растворимых комплексов, таким образом «растворяя» конденсат.
В совокупности результаты дают предостережение о том, как интерпретировать транскрипцию исключительно через призму какой-либо одной модели, особенно учитывая сложную среду, в которой она происходит.
«Ответы изначально были не такими чёткими, как мы ожидали, но это смягчило наше мышление, заставив нас рассмотреть возможность того, что, возможно, это переплетённые свойства, придающие нюансы и уровни контроля, которые область в значительной степени игнорировала», — сказал Ансари. «Это урок того, что эти механизмы не являются взаимоисключающими».
Первый автор исследования — Энн Бремер из Детской исследовательской больницы Святого Иуды. Другие авторы исследования — Уолтер Лэнг, Райан Кемпен, Кумари Света, Аарон Тейлор и Мадлен Борджиа, также из Детской исследовательской больницы Святого Иуды.
Предоставлено Детской исследовательской больницей Святого Иуды.