Эукариотический активатор транскрипции работает в бактериальных клетках

Факторы транскрипции — это белки, которые связываются с определенной последовательностью ДНК и подавляют или активируют транскрипцию. Обычно в генной инженерии генетические регуляторы прокариот переносят в эукариотические клетки. Ученые из США показали, что транскрипционные активаторы эукариот работают в прокариотических клетках.

Эукариотический гриб Neurospora crassa использует хинную кислоту как источник углерода в условиях недостатка глюкозы. Для этого задействуются регуляторные гены из кластера генов хинной кислоты (QA). Кластер включается, когда фактор транскрипции QF связывается с сайтом связывания QUAS и активирует экспрессию нижестоящих генов. Когда глюкозы достаточно, отрицательный регулятор QS связывается с QF и не дает ему присоединяться к QUAS для активации транскрипции. Хинная кислота, напротив, предотвращает связывание QS с QF, освобождая QF и повторно активируя экспрессию гена.

Взаимодействия этих регуляторных факторов между собой называется системой Q. Различные компоненты Q-системы успешно применяют для регуляции экспрессии генов дрозофилы и в культивируемых клетках некоторых животных.

Авторы исследования использовали Q-систему, промотор бактериофага T7 и соответствующую T7 РНК-полимеразу (T7RNAP) для регуляции экспрессии в клетках бактерий. Они поместили последовательность ДНК QUAS непосредственно перед промотором Т7 (QUAS-0-T7) Escherichia coli и геном GFP. В норме промотор T7 обеспечивает активную транскрипцию GFP после транскрипции гена T7RNAP под действием изопропил-β-D-1-тиогалактопиранозида (ИПТГ). Вставка сайта связывания QUAS непосредственно перед промотором T7 предотвратила экспрессию GFP, несмотря на присутствие ИПТГ и индукцию T7RNAP. В присутствии QF транскрипция активируется, при этом ее уровень выше, чем в контрольных клетках, где есть только промотор T7. Самого высокого уровня транскрипции удалось достичь при размещении QUAS за десять пар оснований до T7 (QUAS-10-T7).

Затем исследователи заменили ген GFP на ccdB, вызывающий серьезные повреждения и гибель клеток. Размещение QUAS перед промотором выключало экспрессию гена, а присутствие QF запускало экспрессию, что приводило к гибели клеток. Таким образом исследователи выяснили, что система эукариотических регуляторов работает в клетках бактерий.

Ученые предполагают, что бактериальные белки-репрессоры могут связываться с QUAS и блокировать связывание T7RNAP с промотором T7. Этот неизвестный белок-репрессор может быть замещен QF из-за его более высокого сродства к QUAS. Также возможно, что QUAS вносит конформационные изменения в локальную структуру ДНК, в результате чего T7 становится недоступным для T7RNAP.

Важно, что QF может функционировать в бактериях как активатор транскрипции, поскольку прокариоты обычно используют системы репрессии и дерепрессии для регуляции экспрессии генов. Эффективность QF и QUAS в качестве регуляторов экспрессии у бактерий имеет большое значение для синтетической биологии.