Экспрессия генов относится к биохимическим процессам, посредством которых информация, которая хранится в наших генах, читается как инструкция по производству белков, которые заставят наши клетки функционировать должным образом. До сих пор считалось, что экспрессия гена происходит в два разных этапа: сначала транскрипция, которая происходит в ядре, затем трансляция в цитоплазме.
Сегодня исследования, проведенные UNIGE и Европейской лабораторией молекулярной биологии, показывают, что транскрипция и трансляция неразрывно связаны и постоянно влияют друг на друга. Для этого необходима очень эффективная коммуникация внутри клетки, между ядром и цитоплазмой. Этот диалог стал возможным благодаря белковому комплексу Ccr4-Not, который глобально определяет трансляционную способность клетки.
Экспрессия гена: улица с двусторонним движением
Мартина Колларт и ее команда с медицинского факультета UNIGE в 2014 году обнаружили, что комплекс Ccr4-Not позволяет цитоплазме предоставлять информацию ядру во время трансляции. Сегодня они доказывают, что это двусторонняя связь, поскольку ядро также передает информацию в цитоплазму на всех этапах экспрессии генов благодаря Ccr4-Not.
Этот комплекс действует как посредник между ядром и цитоплазмой, чтобы гарантировать, что уровни транскрипции и трансляции хорошо адаптированы. Он также способен усиливать трансляцию, чтобы компенсировать транскрипционный стресс, тем самым гарантируя, что экспрессия генов остается хорошо сбалансированной.
Действительно, появляется все больше свидетельств того, что разные уровни экспрессии генов взаимосвязаны, образуя сеть.
Таким образом, постоянная обратная связь обеспечивается компонентами различных клеточных механизмов, которые производят функциональные белки. Это служит для того, чтобы экспрессия генов оставалась стабильной.
Проф. Колларт подробно объясняет этот процесс: «Во время транскрипции в ядре этот комплекс контролирует производство механизмов, которые производят белки в цитоплазме.
По сути, он контролирует в ядре, сколько белков может быть произведено в целом. Нам удалось показать, что комплекс Ccr4-Not, соединяя цитоплазму с ядром, является глобальным регулятором экспрессии гена, который действует на всех этапах от гена до продукции белка."Таким образом, этот комплекс является основным элементом, который позволяет клетке реагировать на внешние события и контролировать производство белка.
«Раньше считалось, что ядро действует как командный пункт, контролирующий все, что происходит в клетке. Однако в 2014 году мы показали, что на ядро действительно влияет цитоплазма, где сначала появляются сигналы окружающей среды.
Наше недавнее исследование подчеркивает, что Ccr4-Not также регулирует трансляционную способность клеток, связываясь в ядре с информационными РНК, молекулами, которые передают генетическую информацию от ДНК к рибосомам, которые затем производят белки. Теперь картина полная: экспрессия генов фактически зависит от постоянного диалога между ядром и цитоплазмой, а комплекс Ccr4-Not играет ключевую роль в организации регуляторных процессов внутри и между этими различными компартментами », — указывает Золтан Виллани, первый автор книги эта учеба.
Комплексный регулятор Ccr4-Not необходим для развития всех эмбрионов животных и участвует во многих физиологических механизмах, необходимых для жизни, таких как функция сердца, сперматогенез или метаболизм липидов.
Поскольку этот регулятор непосредственно контролирует экспрессию генов, любая мутация может иметь драматические последствия, от гибели эмбриона до развития рака в более позднем возрасте, а также различных метаболических сбоев. «Теперь, когда мы точно определили разнообразие шагов, на которых этот регулятор воздействует на мРНК, мы можем приступить к изучению конкретных мишеней, связанных с заболеваниями», — подчеркивает проф. Collart. "Это откроет новые двери для понимания самых фундаментальных клеточных механизмов, управляющих тем, как наши гены экспрессируются или нет."