Ванг комментирует: "Ученые предположили, что между различными копиями генов нет никакой корреляции. Мы повторяли наш эксперимент несколько раз и в каждом цикле было несколько образцов, поэтому мы уверены в своем результате. Существует корреляция между различными копиями одного и того же гена, и эта корреляция зависит от условий роста. Дальнейшее исследование необходимо для того, чтобы понять механизм, лежащий в основе нашей работы".
Голдинг отмечает, что в наших исследованиях транскрипции РНК еще многое предстоит сделать, чтобы сделать этот процесс более целенаправленным.
"Теоретические модели, которые интерпретируют и прогнозируют результаты объемных исследований, представляют внутриклеточный процесс транскрипции как стохастический - он по своей природе случайный и непредсказуемый на уровне клетки. Эти модели очень полезны для нашего понимания того, что происходит как на уровне отдельных клеток, так и внутри колоний клеток. Но такие зернистые фотографии рискуют наклеить ярлык на все, что неизвестно, как неизвестное и случайное", - отмечает Голдинг.
Новые исследовательские инициативы Центра физики живых клеток обещают помочь раскрыть специфику наиболее фундаментальных биологических процессов, связанных с наследственностью и уникальностью человека.
"Изучив транскрипцию в том виде, в каком она происходит на индивидуальной копии одного гена в клетке, вместо того, чтобы делать выводы из общего количества молекул РНК, присутствующих в клетке, мы смогли увидеть новые детали, которые не принимаются во внимание в современных теоретических моделях процесса", - заключает Голдинг.
Эта работа была поддержана Национальными институтами здравоохранения, Национальным научным фондом, а также грантами частных фондов и китайских национальных финансовых учреждений. Представленные выводы принадлежат исследователям, а не обязательно - финансирующим учреждениям.
Долгосрочная "коммуникация" между молекулами РНК-полимеразы на одном гене
Ким вместе с коллегами из междисциплинарного Института микробных наук Йельского университета проводил эксперименты над генами, имеющими несколько RNAPs, одновременно транскрибирующих этот ген, каждый из которых находился на разных стадиях развития гена. Команда наблюдала дальние взаимодействия, которые ускоряли или снижали скорость транскрипции соседних РНАП, в зависимости от того, был ли ген включен или выключен в ответ на условия окружающей среды.
Группа отметила, что, как ни удивительно, РНАПы могут общаться друг с другом с расстояния до двух тысяч баз на расстоянии друг от друга на основе ДНК. И когда существует несколько РНКП, они перемещаются быстрее, чем один РНКП.
Ким объясняет механизм, лежащий в основе этого сообщения.
"Это сообщение исходит из свойства ДНК, называемого суперкопированием, которое динамически изменяется во время репликации и транскрипции", - описывает она.
"ДНК - это двойная спираль, которую суперкатушка - как веревка, которую можно скрутить - в ответ на вскрытие части двойной нити, чтобы ее можно было прочитать", - продолжает Ким. "Скручивание является естественным следствием функции. В транскрипции, по мере перемещения РНКП вдоль ДНК, ДНК становится скрученной, но наше исследование показывает, что это, в свою очередь, становится механизмом, позволяющим осуществлять между РНКПами связь на большом расстоянии".
Далее группа обнаружила, что когда промотор - часть гена, которая действует как переключатель для включения и выключения транскрипции, в зависимости от условий окружающей среды и клеточных потребностей - отключается, RNAPs замедляется, а некоторые отсоединяются от гена.
По мнению Ким, дальнейшее изучение коллективного поведения РНКП может пролить новый свет на различные молекулярные процессы, происходящие на ДНК, включая эволюцию генных мутаций.
"Известно, что когда РНКП прекратится, он может внести мутации в генетический код. Это может иметь последствия для повышения устойчивости бактерий к антибиотикам.
В дальнейшей работе с CPLC я хочу протестировать это, модулируя супермагнитную обмотку ДНК и заглядывая глубже в механику. Это направление исследований предоставляет отличную возможность для сотрудничества между теорией и экспериментом."