Щоб змінити активність гена, регуляторним білкам зовсім необов'язково постійно на ньому перебувати, достатньо лише ненадовго «присісти» на ДНК.
Реалізація генетичної інформації починається з того, що на молекулі ДНК синтезується матрична РНК. Потім ця РНК вирушить до рибосом, які відповідно до генетичного коду, переписаного в РНК, почнуть синтезувати білок. Зрозуміло, що клітина існує в постійно мінливих умовах середовища, і сама вона змінюється з часом, і тому їй бувають потрібні то одні білки, то інші. Щоб забезпечити необхідну кількість того чи іншого білка, в клітці існує маса регуляторних механізмів, левова частка яких працює на етапі транскрипції, тобто під час синтезу РНК. А головними «дійовими особами» тут є білки, звані транскрипційними факторами.
Сама по собі транскрипція здійснюється ферментним комплексом, який будує ланцюг РНК на ланцюгу ДНК згідно з правилом комплементарності нуклеотидів. Але для того, щоб транскрипція почалася, вона повинна отримати «відмашку» регуляторної області в ДНК. Ця область діє знову ж таки не сама по собі, а за допомогою транскрипційного фактора, який пов'язується з регуляторною ДНК-послідовністю і тим самим визначає активність транскрипції. Причому білок-регулятор не обов'язково стимулює процес, він може і придушувати синтез РНК.
Факторів транскрипції існує величезна кількість, деякі з них відрізняються вузькою спеціалізацією щодо послідовностей в ДНК, інші, навпаки, працюють з широким спектром генів, деякі функціонують поодинці, деякі працюють в команді з іншими білками. Основна подія тут - взаємодія білка з ДНК. Але чи потрібно при цьому, щоб фактор транскрипції, раз зв'язавшись з регуляторною областю в ДНК, продовжував на ній перебувати і продовжував посилати сигнал ферментному РНК-синтезуючому комплексу? На перший погляд здається, що саме так і має відбуватися, і що якщо фактор піде з ДНК, то і його регуляторний вплив зникне.
Однак, як з'ясували дослідники з Нью-Йоркського університету, це не зовсім так. Глорія Коруцці (Gloria M. Coruzzi) і її колеги аналізували активність рослинних генів, що відповідають за засвоєння азотних добрив. При спробі з'ясувати, як з ними взаємодіють транскрипційні фактори, виявилося, що велика частина з них залишається пов'язаною з ДНК дуже недовго, близько декількох хвилин. Але, як сказано в статті в Proceedings of the National Academy of Sciences, регуляторний ефект від них потім не зникав, хоча самого регуляторного білка на ДНК вже не було.
Автори роботи порівнюють це з відомим уривком у книзі про Тома Соєра, де описується, як Том білив паркан своєї тітушки. Не бажаючи працювати самому, він переконував своїх знайомих і товаришів, що йому випав виключно почесний обов'язок, якого він волів би ні з ким не ділитися. Але в підсумку він нібито пом'якшувався і за деяке підношення передавав пензель і відро з витвором іншому, а сам вирушав прохолоджуватися в тіні. Аналогія з транскрипційними факторами очевидна, правда, білки після акта регуляції зовсім не зраджуються безделлю, а спрямовуються до іншого гену, від нього - до третього і т. д. Іншими словами, завдяки такій інерційній властивості регуляції, невелика кількість факторів транскрипції може за короткий час активувати відразу кілька генів.
Насправді, така модель регуляції транскрипції досить стара - вперше її запропонували ще у 80-ті роки XX століття, а потім злегка призабули. Досі взаємодії транскрипційних факторів з ДНК вивчали методами, які дозволяли виявити лише тривалі зв'язки, що зберігаються протягом, наприклад, півгодини. Тому короткочасні події, що тривають від 1-5 хвилин, випадали з поля зору дослідників. Зараз же вдалося знайти спосіб реєструвати надкороткі взаємодії, які можуть тривати частки секунди. Зрозуміло, ці відомості не тільки розширюють наші уявлення про управління найважливішими клітинними процесами, але й можуть підштовхнути вперед біотехнологію. Наприклад, ті самі рослини можна «переконати» засвоювати більше добрив, подіявши на ось такі короткочасні ДНК-білкові взаємодії.
Ілюстрація на заставці Allie Fox-Perez/ Flickr.com