«Кинетическая линейка»: учёные раскрыли, как клетки измеряют длину хвостов мРНК

Электрофорез РНК-белковых сшивок, индуцированных УФ-излучением. Автор: Genes & Development (2025). DOI: 10.1101/gad.352912.125

Международная группа учёных обнаружила удивительный механизм, с помощью которого клетки измеряют длину поли(А)-хвостов матричной РНК (мРНК). Оказалось, что клетки не определяют их размер, а «засекают время» их роста с точностью секундомера. Эта «кинетическая линейка» раскрывает новый принцип, благодаря которому клетки достигают молекулярной точности в таких жизненно важных процессах, как экспрессия генов.

Исследование опубликовано в журнале Genes & Development.

Молекулы мРНК переносят генетические инструкции от ДНК и заканчиваются поли(А)-хвостом — защитной цепочкой из аденинов, которая влияет на количество производимого белка и продолжительность «жизни» сообщения. У дрожжей, например, эти хвосты состоят примерно из 60 аденинов. До сих пор было неясно, как клетки достигают такой точности.

Международная команда под руководством Университета Турку (Финляндия) в сотрудничестве с исследователями из Лаборатории молекулярной биологии (LMB) в Кембридже (Великобритания) и Орхусского университета (Дания) воссоздала процесс создания хвоста в лаборатории.

Они обнаружили, что длину определяют два участника: комплекс CPAC, который добавляет аденины, и белок Nab2, который присоединяется к хвосту и останавливает его рост. Как только хвост становится достаточно длинным, две молекулы Nab2 объединяются и блокируют дальнейшее удлинение.

Удивительно, но конечная длина задаётся не размерами хвоста, а «гонкой» между скоростью добавления аденинов комплексом CPAC и скоростью связывания Nab2.

Эти молекулярные машины измеряют РНК не по размеру, а по времени. Точность достигается за счёт остановки реакции всегда через две-три секунды после её начала

В этой системе, похожей на секундомер, концентрация Nab2 в клетке — и, следовательно, скорость его связывания — определяет, когда удлинение хвоста прекращается.

Это элегантный механизм. Примечательно, что Nab2 также регулирует собственный уровень, сохраняя точную калибровку времени даже при изменении условий

Эта основанная на времени «кинетическая линейка» критически важна, поскольку начальная длина поли(А)-хвоста определяет, сколько белка может произвести мРНК и как долго сообщение будет активно. Обеспечивая каждую новую мРНК хвостом правильного размера, клетки держат под контролем производство белка.

Открытие подчёркивает точность, с которой клетки контролируют экспрессию генов, показывая, что механизмы, основанные на времени, могут быть так же важны, как и структурные, в молекулярной биологии.

Подобные кинетические линейки могут работать во многих других биологических процессах, и их понимание может помочь объяснить, как нарушения во временных процессах приводят к заболеваниям.

У людей аналог Nab2, белок ZC3H14, необходим для развития мозга, что намекает на то, что эти механизмы, основанные на времени, также могут быть важны для поддержания сбалансированной экспрессии генов в человеческих клетках.

Больше информации: Emilie Gabs et al, A kinetic ruler controls mRNA poly(A) tail length, Genes & Development (2025). DOI: 10.1101/gad.352912.125

Источник: University of Turku