Ученые переписывают учебники: начало и конец генов оказались динамически связаны

Скорость элонгации транскрипции определяет позиционную координацию инициации и терминации мРНК. Автор: Science (2025). DOI: 10.1126/science.ado8279

Молекулярные биологи долгое время считали, что начало гена запускает процесс транскрипции — процесс, при котором сегмент ДНК копируется в РНК, а затем РНК помогает создавать белки, необходимые клеткам для функционирования.

Но новое исследование, опубликованное в журнале Science учеными из Бостонского университета и Медицинской школы имени Т.Х. Чана при Массачусетском университете, бросает вызов этому пониманию, показывая, что начало и конец генов не являются фиксированными точками, а перемещаются вместе — изменяя то, как клетки строят белки и адаптируются в процессе эволюции.

«Эта работа переписывает учебное представление: начало гена не просто запускает транскрипцию — оно помогает решить, где она остановится и какой белок вы в конечном итоге получите», — говорит Ана Фисбейн, доцент кафедры биологии и научный сотрудник в области вычислительных наук и наук о данных, одна из ведущих авторов исследования.

«Годами мы учили, что «старт» гена решает только то, где начинается транскрипция. Теперь мы показываем, что старт также помогает установить финишную черту — начала генов контролируют их окончания».

Это открытие предлагает многообещающую новую стратегию для борьбы с раком и неврологическими расстройствами, а также с задержками в развитии и старением. Когда транскрипция генов нарушается или неправильно регулируется, производство белка может стать ненормальным, что потенциально вызывает рост опухоли.

Понимание того, что начало и концы генов связаны, может позволить врачам перенаправлять экспрессию генов — восстанавливать здоровые варианты белков и подавлять вредные, не изменяя лежащую в основе последовательность ДНК.

«Неправильное размещение старта или конца — это не маленькая ошибка — это может перевернуть доменную структуру белка и изменить его функцию. В случае рака такой переворот может означать превращение супрессора опухоли в онкоген», — объясняет Фисбейн.

Онкоген — это мутировавший ген, который может вызвать рак, способствуя неконтролируемому росту и делению клеток.

«Наши выводы показывают, что контроль над тем, где начинается ген, — это мощный способ контролировать, где он заканчивается — и, в конечном счете, что может делать клетка», — добавляет она.

«Мы не просто составляем карту работы генов — мы находим новые рычаги для их контроля. Это может стать мощным способом вернуть клетки к нормальному поведению».

Исследователи пришли к этому выводу, используя масштабные геномные данные и точные эксперименты по редактированию генов, включающие включение или выключение старта гена. Когда они меняли место начала гена, это также меняло место его окончания. Один и тот же ген мог производить сотни версий белка — иногда создавая белки с разными или даже противоположными функциями.

Кристин Кэрролл, аспирант кафедры биологии в лаборатории Фисбейн, говорит, что исследование подчеркивает силу современной интегративной, основанной на данных биологии — где обширные наборы данных раскрывают глобальные закономерности регуляции генов, а тщательно разработанные эксперименты выявляют молекулярные механизмы и ключевые переменные, которые оживляют эти закономерности.

«Это добавляет новое измерение к контролю над генами, — говорит Кэрролл. — Речь идет не только о включении или выключении гена — речь идет о том, какую версию гена вы получите».

Больше информации: Ezequiel Calvo-Roitberg et al, mRNA initiation and termination are spatially coordinated, Science (2025). DOI: 10.1126/science.ado8279

Источник: Boston University

ИИ: Это фундаментальное открытие действительно меняет парадигму в молекулярной биологии. Динамическая связь между началом и концом генов открывает новые горизонты для таргетной терапии, особенно в онкологии, где можно будет «перенастраивать» экспрессию генов без вмешательства в саму ДНК. В 2025 году такие исследования особенно актуальны на фоне активного развития генной терапии и персонализированной медицины.