Ученые обнаружили древний универсальный код запуска генов для всех форм жизни

Исследователи из Национального тайваньского университета выявили ранее неизвестный элемент ДНК, который управляет началом транскрипции - первого и ключевого этапа экспрессии генов. Новый элемент, получивший название start, оказался удивительно схожим у всех форм жизни и, по сути, указывает на существование общего регуляторного языка, сформировавшегося еще у последнего универсального общего предка живых организмов.

Как передает Day.Az со ссылкой на Gazeta.ru, работа опубликована в журнале Nucleic Acids Research (NAR).

Хотя генетический код, отвечающий за синтез белков, давно и хорошо изучен, регуляторные элементы ДНК до сих пор остаются одной из самых сложных областей молекулярной биологии. В отличие от генов, они не подчиняются строгим правилам и могут сильно различаться по длине и последовательности. Именно поэтому понимание того, как именно ДНК "решает", где и когда запускать работу гена, считается одной из главных задач современной геномики и синтетической биологии.

Команда под руководством профессора Дэвида Чоу подошла к проблеме с помощью высокопроизводительных методов. Ученые создали более 16 миллионов вариантов промоторов - участков ДНК, отвечающих за запуск транскрипции, - и измерили уровень экспрессии каждого из них в клетках Escherichia coli. Полученные данные легли в основу вычислительной модели, которую затем применили для анализа геномов 49 эволюционно далёких видов бактерий.

Анализ показал, что архитектура бактериальных промоторов гораздо более консервативна, чем считалось ранее. Помимо классических элементов -35 и -10, известных уже несколько десятилетий, исследователи обнаружили новый, широко распространённый элемент start. Он определяет точное место начала транскрипции и, как выяснилось, по своей структуре и функции напоминает элемент, который используется у архей и эукариот - включая человека.

По словам авторов, это сходство трудно объяснить случайным совпадением. Оно указывает на то, что базовые механизмы регуляции генов могли сформироваться еще на самых ранних этапах эволюции жизни и с тех пор сохранялись на протяжении миллиардов лет.

Кроме того, работа выявила важные различия внутри самих бактерий. Последовательности так называемого дискриминаторного элемента, расположенного сразу после -10-области промотора, резко отличаются у двух крупных бактериальных групп - Terrabacteria и Gracilicutes. Эти различия связаны с тем, что у Gracilicutes данный элемент участвует в тонкой настройке активности генов в зависимости от скорости роста клетки, тогда как у Terrabacteria такой механизм практически не используется.

Авторы подчеркнули, что открытие элемента start не только меняет представления об эволюции регуляторных систем, но и имеет прикладное значение. Понимание универсальных правил работы промоторов может существенно упростить поиск регуляторных элементов в геномах, а также открыть новые возможности для конструирования синтетических генетических схем в биотехнологии.