Почему мусорная ДНК не превращается в мусорную РНК

Лишь около 15% человеческого генома заключают в себе информацию о белках, и именно эта ДНК служит матрицей для синтеза матричной РНК, на которой потом рибосомы строят полипептидные цепи. Однако несколько лет назад обнаружилось, что РНК синтезируется ещё и на части так называемой мусорной ДНК, которая как будто не выполняет никаких известных полезных функций.

Дальнейшие исследования показали, что бóльшая часть такой РНК синтезируется в результате двунаправленной транскрипции, когда с одной и той же точки на ДНК синтез РНК стартует в двух направлениях: в одном — по смысловому гену, а в противоположном — по «бессмысленной» ДНК, разделяющей два гена.

Самые последние данные говорят о том, что синтез РНК действительно начинается на ДНК в обе стороны от стартовой точки, однако транскрипция в неправильном, «бессмысленном» направлении быстро останавливается, и в результате получается короткий кусок РНК без определённой функции. Процесс этот описывается в статье учёных из Массачусетского технологического института (США), опубликованной в журнале Nature.

Как известно, синтез РНК начинается с того, что фермент РНК-полимераза связывается с промотором — особой последовательностью в ДНК, которая находится перед геном и определяет его активность. А заканчивается тогда, когда РНК-полимераза натыкается на стоп-сигнал. Полиадениновый хвост, который есть на конце большинства эукариотических мРНК, пришивается к ним уже другим ферментом.

Этот полиадениновый хвост играет важную роль в транспорте и активности мРНК, его функции многочисленны и по сей день привлекают внимание исследователей. Филипу Шарпу и его коллегам удалось обнаружить ещё одну функцию хвоста: оказалось, что он нужен для подавления «бессмысленной» транскрипции. Точнее, не сам хвост, а нуклеотидные сигналы, которые указывают на то место, где его нужно пришить.

Эти сигналы есть в ДНК — РНК-полимераза «вбивает» их в растущую цепь РНК, и потом в этом месте другой фермент, как уже было сказано, добавляет к «новорождённой» РНК адениновую цепь. Как выяснили учёные, на бессмысленном участке ДНК таких сигналов чрезвычайно много, и это приводит к тому, что синтез неправильной РНК прекращается ещё до того, как она станет более-менее длинной. Кроме того, здесь участвует белок U1 (входящий в группу белков, занятых в сплайсинге). Он подавляет полиаденилирование РНК, и если в ДНК много точек связывания U1, то полиаденилирование не мешает синтезу РНК.

Как выяснилось, на «бессмысленных» участках ДНК таких мест связывания U1 очень мало, поэтому полиаденилирующим ферментам ничто не мешает.

То есть мусорная ДНК начинает превращаться в «мусорную РНК», однако долго это не продолжаться не может — синтез РНК быстро прекращается. Правда, остаётся невыясненным, зачем всё-таки клетка вообще начинает синтез ненужных РНК. Может быть, они являются побочным продуктом молекулярной реакции, а может, всё-таки несут какую-то функцию… Не стоит, кстати, забывать и о том, что кроме небольших некодирующих РНК есть ещё длинные некодирующие РНК. Исследователи надеются, что чем больше мы будем знать о регулировании синтеза таких РНК (больших и малых), тем скорее выяснится, для чего они нужны клетке.

Подготовлено по материалам MIT News. Фото на заставке принадлежит Shutterstock.