Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
В России описали перспективы использования мимикрирующих под ДНК белков
Различные системы рестрикции-модификации — это своего рода оборонительное заграждение, которое защищает бактерии от заражающих их вирусов (бактериофагов). Те научились преодолевать «броню», в том числе с помощью имитирующих ДНК белков, которые принимают удар на себя. Специфике таких антирестрикционных систем, а также перспективам их применения на практике посвящена новая работа физтехов.
На нашей планете обитает бесчисленное множество бактерий и других неразличимых глазом микроорганизмов, однако первое место по численности принадлежит не им. Намного меньших по размеру вирусных частиц бактериофагов (или просто фагов) на Земле в 5–10 раз больше, чем всех бактериальных клеток вместе взятых.
Быстрая эволюция бактериофагов и высокая скорость их размножения выступают главными факторами развития у бактерий механизмов устойчивости к этим вирусам. В процессе длительного взаимного приспособления (коэволюции) фага и хозяина у них сформировались сложные и специфичные стратегии «нападения и защиты». Одна из них — система рестрикции-модификации. Анализ геномов показал, что такие есть у 83% всех известных бактерий.
Рассмотрим подробнее, как бактерии защищают свой геном от бактериофагов с помощью систем рестрикции-модификации. Существуют различные типы этих систем ферментов. Первый тип представляет собой комплекс, который выполняет сразу две функции: расщепления и модификации чужеродной ДНК. Механизм действия входящих в него белков включает специфическое связывание с сайтом узнавания на двухцепочечной ДНК и последующую транслокацию — перемещение фермента вдоль цепи ДНК, которое требует затраты энергии в форме АТФ. Затем такие белки расщепляют нуклеиновую кислоту в случайном месте.
Второй тип включает в себя отдельные ферменты, каждый из которых берет на себя отдельную функцию — расщепление или модификацию. Эндонуклеазы («режущие» нуклеиновую кислоту ферменты) этого типа зачастую представляют собой димеры (комплекс из двух молекул) или тетрамеры (из четырех). Они «надрезают» ДНК в строго определенной позиции рядом с участком узнавания.
Ферменты третьего типа представляют собой гетеротримерные комплексы (из трех белков) или гетеротетрамерные (из четырех), которые совмещают в себе функции рестрикции и модификации. Подобные ферменты распознают асимметричные последовательности и расщепляют ДНК лишь при наличии двух участков узнавания с противоположной ориентацией.
Помимо трех описанных типов исследователи также рассмотрели еще две близкие системы. Это BREX-система I типа, которая напоминает классическую систему рестрикции-модификации, а также система «адаптивного иммунитета» бактерий CRISPR-Cas (активно используется для генного редактирования).
Белки антирестрикции противодействуют рестрикции-модификации и часто встречаются в мобильных генетических элементах («прыгающих генах»), это не только фаги, но и плазмиды и транспозоны. Такие системы повышают вероятность сохранения всех трех этих типов генетических элементов в клетке и способствуют успешному началу инфекционного процесса.
Сюда относятся ДНК-миметики — белки, которые используют фаги и которые «притворяются» ДНК. Они зарекомендовали себя как эффективные инструменты для избирательного ингибирования тех белков, которые узнают и связывают ДНК. Механизм их действия основан на способности имитировать структуру нуклеиновой кислоты и блокировать активные центры «ошибшихся» белков.
Классические примеры — белки ArdA и Ocr, которые своей формой и электростатическим зарядом имитируют ДНК. Ген, кодирующий белок Ocr, первым из генома бактериофага включается при попадании в бактерию, выключая ее «оборону». Схожие с ardA гены обнаружены во многих других бактериальных геномах.
Иначе устроены механизмы функционирования гена ardB. Его белковый продукт не имитирует структуру ДНК и по форме не похож на вытянутые белки Ocr и ArdA — белок скорее напоминает тетраэдр. Показано, что ведущую роль в антирестрикционной функции ArdB играет остаток аспартата и еще несколько отрицательно заряженных аминокислот на C-конце белка.
Далее ученые из лаборатории молекулярной генетики МФТИ описали перспективы для использования ДНК-миметиков типа ArdA в качестве высокоточных инструментов для управления внутриклеточными процессами, включая экспрессию генов. Более того, локализация в геноме некоторых генов ArdA говорит о том, что такая регуляция происходит в природе. Недавние исследования подтвердили, что эти гены способны «отключать» защитные системы рестрикции-модификации при встраивании в хромосомы бактерий Agrobacterium tumefaciens, Pseudomonas monteilii и Xanthomonas sp.
Обычно белки ArdA состоят из двух частей: «хвоста» (С-конец), который имитирует собой ДНК, и «головы» (N-конец) — ее роль пока не ясна. Раньше ученые думали, что именно «хвост» помогает белку выбирать нужную мишень среди защитных систем бактерии. Однако новые исследования научной группы под руководством заведующего лабораторией молекулярной генетики МФТИ Ильи Манухова опровергли мнение о том, что такой белок должен обязательно быть крупным.
Оказалось, что самые короткие белки могут точно связываться со своими мишенями на ДНК. В МФТИ нашли и изучили два крошечных гена, похожих на ardA. Из-за их маленького размера (почти в два раза меньше обычных) их выделили в самостоятельные группы. Такие белки могут имитировать оба конца своего крупного родственника (N-конец или C-конец) и избирательно подавлять рестрикцию, что делает их особенно перспективными для решения практических задач.
ДНК-мимикрирующие белки могут быть полезны в медицине — для диагностики и лечения, например путем ингибирования определенных ферментов внутри клеток.
«Каноническая функция белков антирестрикции заключается в поддержании чужеродной ДНК в клетке путем блокировки ее систем защиты. Наша работа обобщает данные по ранее изученным антирестрикционным белкам и представляет наши новые результаты. Мы выявили беспрецедентно короткие антирестрикционные белки sArdA, относящиеся к двум новым семействам. Благодаря свойствам ДНК-миметиков эти белки открывают перспективы точной регуляции экспрессии генов. Такие инструменты обещают широкое применение в диагностике и терапии заболеваний, метаболической инженерии, а также синтетической биологии», — подчеркнула Анна Уткина, сотрудник лаборатории молекулярной генетики МФТИ.
Обзор опубликован журнале «Генетика».
Telegram 
Дзен 
VK Хотя зоологи уже не раз наблюдали использование орудий у относительно близких к людям видов, — от приматов до свиней — коровы до сих пор не были за этим замечены. Теперь ситуация изменилась: оказалось, что они могут использовать многоцелевые орудия по-разному, в зависимости от обстоятельств.
На острове близ Сулавеси удалось найти следы первой волны успешных выходцев из Африки. Всего через несколько тысяч лет после той миграции они уже рисовали на стенах пещер, куда можно было попасть только через открытое море. Новые данные означают, что антропологам придется снова существенно пересмотреть возможности древних людей.
Жизнь в городских условиях давно стала для птиц своеобразной «эволюционной лабораторией». Ученые из Шотландии показали, что сильнее всего размножение птиц ухудшает наличие незнакомых деревьев.
Хотя зоологи уже не раз наблюдали использование орудий у относительно близких к людям видов, — от приматов до свиней — коровы до сих пор не были за этим замечены. Теперь ситуация изменилась: оказалось, что они могут использовать многоцелевые орудия по-разному, в зависимости от обстоятельств.
Повторное изучение окаменелости галлюцигении, впервые описанной в 1970-х годах, помогло палеонтологам больше узнать о рационе этого древнего существа. Ответ на вопрос о питании нашли не в ее останках, а на теле предполагаемой добычи.
Жизнь в городских условиях давно стала для птиц своеобразной «эволюционной лабораторией». Ученые из Шотландии показали, что сильнее всего размножение птиц ухудшает наличие незнакомых деревьев.
От рыб произошли все наземные позвоночные, включая нас, но как именно рыбы стали главным населением морей — до последнего времени оставалось неясным. Авторы новой научной работы попытались доказать, что причиной этого было вымирание, возможно, вызванное белыми ночами.
Среди самых интригующих открытий космического телескопа «Джеймс Уэбб» — компактные объекты, получившие название «маленькие красные точки». Их видели только в самых дальних уголках Вселенной. Большинство возникло в первый миллиард лет после Большого взрыва, и ученые предполагали, что такие источники представляют собой небольшие компактные галактики. Однако международная команда астрономов пришла к иному выводу. Они предположили, что на самом деле «маленькие красные точки» — черные дыры, окруженные массивной газовой оболочкой.
Хотя зоологи уже не раз наблюдали использование орудий у относительно близких к людям видов, — от приматов до свиней — коровы до сих пор не были за этим замечены. Теперь ситуация изменилась: оказалось, что они могут использовать многоцелевые орудия по-разному, в зависимости от обстоятельств.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно